Морфология цветка - Строение и назначение цветка

Формы, размеры, окраска цветков чрезвычайно разнообразны, но все они имеют характерные элементы строения (trifoly.ru).

Особенности строения цветков — важнейший признак, который учитывается систематиками при классификации покрытосеменных, особенно при определении растения к такой таксономической единице, как семейство.

Одна из характерных черт строения цветка – его симметрия. Если цветок может быть разделен вертикальной плоскостью, проходящей     через ось на две равные половинки не менее чем в других направлениях, его называют правильным или актиноморфным (капустные, гвоздичные, первоцветные) Цветок, через который можно провести лишь одну плоскость симметрии, - неправильный, или зигоморфный (бобовые, яснотковые).  Если через цветок нельзя провести ни одной плоскости симметрии, его называют несимметричным или асимметричным (валериана лекарственная, канновые) (medbiol.ru).

Цветки располагаются на концах главных или боковых стеблей растения.

Рисунок 1 – Строение цветка (trifoly.ru)

Осевая часть цветка называется цветоложем, переходящим в цветоножку — часть стебля, непосредственно несущую цветок (Рисунок 1). Если цветоножка отсутствует, такой цветок называют сидячим. Обычно цветоножка лишена листьев, либо у основания цветка располагаются листочки (как правило парные), называемые прицветниками (trifoly.ru).

 Цветоножка переходит в цветоложе – более или менее укороченную часть цветка, которая обычно шире цветоножки и может иметь различную форму: удлиненную коническую (магнолия, земляника, малина, горицвет, гравилат), выпуклую полушаровидную (лютик, ветреница), плоскую (пион) или вогнутую (каликант западный). На узлах цветоложа располагаются все части цветка: чашелистики, лепестки, тычинки и пестик (или пестики).

У некоторых цветов в результате срастания цветоложа и нижних частей покрова и тычинок (цветочной трубки) образуется особая структура, называемая гипатием. Форма гипатия бывает различной: блюдцевидная (смородина альпийская), шаровидная (роза морщинистая), кувшинчатая (роза коричная), бокаловидная (мушмула японская, таволга дубровколистная), воронковидная (вишня мелкоплодная). Гипатий характерен для представителей семейства Розовые.

Органы цветка можно разделить на фертильные, т.е. которые принимают непосредственное участие в оплодотворении – тычинки и пестики (плодолистики), и стерильные – чашелистики, лепестки, нектарники. Цветок, у которого отсутствуют те или иные части, называется неполным (Андреева, Родман, 2002).

Совокупность чашелистиков и лепестков цветка называется околоцветником. Функции околоцветника – защита цветка и способствование в опылении. Цветки без околоцветника называются беспокровными или голыми.

Околоцветник, который состоит как из лепестков, так из чашелистиков, называют двойным. Двойной околоцветник характерен практически для большинства цветковых растений.

Если лепестки отсутствуют или нет выраженного различия между лепестками и чашелистиками, такой околоцветник называют простым, а сегменты простого околоцветника называют листочек околоцветника. Простой околоцветник наиболее часто встречается среди представителей семейства лютиковых, лилейных, ильмовых, орхидных, гречишных и др. (trifoly.ru).

На цветоложе располагаются чашелистики. Они представляют собой видоизмененные верховые вегетативные листья и выполняют различные функции:

- защита цветка, особенно в фазе бутона, а также защита развивающихся плодов;

- механическая опора для венчика;

- распространение плодов (у некоторых растений чашелистики превращаются в летательный аппарат);

- в некоторых случаях чашелистики принимают на себя функции лепестков (калужница, ветреница, ломонос);

- чашелистики — дополнительные органы фотосинтеза;

Совокупность чашелистиков цветка — это чашечка. Частично или полностью сросшиеся между собой чашелистики образуют сростнолистную чашечку. В зависимости от формы сростнолистная чашечка бывает колокольчатой (в виде колокольчика), трубчатой и т.п. Чашелистики, которые не срастаются между собой, образуют свободнолистную чашечку (trifoly.ru).

Основная функция лепестков – привлекать к цветку опылителей и содействовать успешному опылению. Цвет, форма и аромат лепестков привлекают насекомых, у некоторых видов также птиц и мелких зверей, которые переносят пыльцевые зерна с цветка на цветок. В связи с этим формы и окраска лепестков в мире растений очень разнообразны. В зависимости от рода или семейства растений, лепестки могут происходить из видоизмененных тычинок  - андропеталы (наиболее ярко выражено у представителей семейств кувшинки, лютиковые, маковые, гвоздичные, розовые, сусаковые, частуховые и др.), или из чашелистиков и верховых листьев – брактеопеталы (магнолиевые, лимонниковые, бадьяновые, род пион и др.).

Совокупность лепестков цветка называют венчиком. Свободно расположенные в цветке лепестки образуют свободнолепестный венчик, например: розоцветные, крестоцветные, гвоздичные, кипрейные (trifoly.ru).

Если лепестки частично или полностью срастаются между собой краями, образуется сростнолепестный венчик, например: колокольчики, губоцветные, вьюнковые, норичниковые. Если в цветке сростнолистная чашечка и сростнолепестный венчик срастаются основаниями на большую или меньшую высоту, образуется трубка околоцветника.

 Окраску лепестков венчика определяют различные пигменты: антоциан (розовая, красная, синяя, фиолетовая), каротиноиды (желтая, оранжевая, красная), антохлор (лимонно-желтая), антофеин (коричневая). Белая окраска связана с отсутствием каких-либо пигментов и отражением световых лучей. Черного пигмента тоже не бывает, а очень темная окраска цветков представляет собой очень сгущенные темно-фиолетовые и темно-красные тона.

Аромат цветков создают летучие вещества, главным образом эфирные масла, которые образуются в клетках эпидермы лепестков и листков околоцветника, а у некоторых растений - в осмофорах (особых различной формы железках, имеющих секреторную ткань) (Андреева, Родман, 2002).

Нектарники – это особые железки, расположенные в цветке, которые выделяют нектар – сахаристую жидкость. Нектар состоит из глюкозы, фруктозы, сахарозы, а также витаминов, белков, аминокислот и других органических и неорганических веществ в зависимости от вида растения; он является основным компонентом меда и пищей многих видов насекомых, некоторых видов птиц и животных, а также участвует в репродуктивных процессах самого цветка. Нектарники могут располагаться в разных частях цветка – на лепестках, тычинках, у основания завязи, на цветоложе, цветочной трубке или (реже) на чашелистиках. Цветки, выделяющие большое количество нектара, который используют пчелы для производства меда, считаются медоносными растениями (trifoly.ru).

Тычинки и пестики – спороносные, или т.н. мужские и женские органы цветка.

Совокупность тычинок в цветке называют андроцеем (от греч. androecium: аner – мужчина и oikia — дом). Число тычинок в цветке различно: одна (орхидные, канновые), несколько сотен (мимозовые). Однако у большинства растений их сравнительно немного. Они обычно располагаются в один-два круга. Как правило, число тычинок постоянно для вида. Тычинки могут быть свободными или сросшимися. По числу групп сросшихся тычинок различают разные типы андроцея: однобратсвтенный – все тычинки в цветке срастаются в одну группу (люпин, камелия); двубратсвенный – тычинки срастаются в две группы (у многих бобовых девять тычинок срастаются, а одна остается свободной); многобратственный – многочисленные тычинки цветка срастаются в несколько групп (зверобой, магнолия); братственный – остаются несросшимися. По длине  относительно друг друга тычинки бывают равные, если все они по длине равны (тюльпан); неравные, если тычинки разной длины (водосбор олимпийский); двусильные, если из четырех тычинок две длинные, а две короткие (яснотковые); трехсильные, если из шести тычинок три более длинные (нарцисс гибридный); четырехсильные, если из шести тычинок четыре более длинные (капустные) (Андреева, Родман, 2002).

Тычинка состоит из тычиночной нити, по средствам которой она нижним концом прикреплена к цветоложу, и пыльника на ее верхнем конце. Основная ткань тычиночной нити – паренхима; система межклетников развита слабо; в вакуолях клеток содержатся пигменты. В центре находится один проводящий пучок. Обычно тычиночные нити тонкие, длинные, в сечении округлые, но бывают и толстые, уплощенные, короткие (у многих луков). Они могут быть голыми или в разной степени опушенными (коровяк, многие гвоздичные). Пыльник имеет две половинки (теки), соединенные связником, который является продолжением тычиночной нити. Каждая тека имеет два (реже одно) пыльцевых гнезда, или пыльцевых мешка (микроспорангия). Пыльник прикрепляется к нити основанием неподвижно, реже сочленяется в средней части и бывает качающимся (лилии, злаки, яснотка белая, толокнянка).

В пыльнике происходят два важнейших процесса: микроспорогенез - образование микроспор в микроспорангиях (пыльцевых гнездах), и микрогаметогенез - развитие из микроспор мужского гаметофита, или пыльцевого зерна. У некоторых растений (лен, аистник) часть тычинок становится стерильной. Такие бесплодные тычинки называют стаминодиями. Иногда они превращаются в нектарники (купальница).

Пыльцевые зерна покрытосеменных имеют обычно округлую или эллиптическую форму.  Размеры варьируют от 2 мкм (незабудка) до 250 мкм (тыква). Совокупность пылинок, образующихся в гнездах пыльника, называют пыльцой. Пылинка представляет собой мужской гаметофит покрытосеменных растений. Она состоит из двух клеток и покрыта оболочкой (спородермой). Одна клетка маленькая – генеративная или спермагенная, вторая большая – клетка пыльцевой трубки, которую называют сифоногенной.

Иногда, еще до начала высевания пылинок из пыльника, генеративная клетка однократно делится, образуя два спермия (лишенные жгутиков гаплоидные гаметы). В таком состоянии пыльцевое зерно готово к оплодотворению. Сифоногенная клетка в дальнейшем преобразуется в пыльцевую трубку (Андреева, Родман, 2002).

Стенка (спородерма) пыльцевого зерна устроена сложно. Она большей частью состоит из двух главных слоев: наружного (внешнего) и внутреннего.  Внешняя толстая оболочка – экзина, часто снабжена различного вида шипиками или выростами другого характера, причем скульптура экзины является таксономическим признаком. Под экзиной находится внутренняя тонкая пектиновая оболочка - интина. В полости зрелой пыльцы расположены две или три клетки. В первом случае весь объем пыльцы занят клеткой-трубкой, которую называют еще вегетативной клеткой, пыльцевой клеткой. В основном веществе клетки-трубки «плавает» генеративная клетка. Во втором случае в основном веществе цитоплазмы клетки-трубки расположены две клетки. Это половые клетки - спермии. Все клетки пыльцы имеют гаплоидный набор хромосом.

Жизнеспособность пыльцы при относительно низкой температуре и сухости воздуха может долго сохраняться.

Сроки сохранения жизнеспособности пыльцы зависят от специфики вида. Пыльца сахарной свеклы при хранении в сухом прохладном месте хорошо прорастает через 50 дней после цветения. Пыльца яблони при температуре 2…8°С и относительной влажности воздуха 50% сохраняет жизнеспособность в течение 4,5 лет. У многих злаков, клещевины, цитрусовых пыльца сохраняет жизнеспособность недолго.

Почти у всех растений, за исключением очень немногих, опыляемых под водой, пыльца, попав в воду, впитывает ее, набухает и от сильно возросшего тургорного давления лопается. Поэтому в цветках имеется множество разнообразных приспособлений для защиты пыльцы от дождя. У многих (смородина, ландыш, наперстянка, брусника, черника и др.) это достигается поникшим положением цветков. У некоторых растений цветки расположены под защитой листьев (липа, недотрога). Очень часто защиту пыльце обеспечивают лепестки венчика или листочки околоцветника, прикрывающие тычинки (бобовые, яснотковые, многие норичниковые, пузырчатковые, купальница и др.) У касатиков (ирисов) тычинки спрятаны по лепестковидными лопастями рылец. В некоторых прямостоячих цветках тычинки находятся в трубочке венчика, имеющей такой узкий зев, что капли воды не могут туда проникнуть. У других растений в плохую погоду и на ночь (защита от росы) смыкаются лепестки венчика или листочки околоцветника (цветок закрывается) и защищают тычинки (шафран); у многих астровых (одуванчик, цикорий и др.) закрывается все соцветие (Андреева, Родман, 2002).

Гинецей (от греч. gynoecium: gyne – женщина и oikia — дом). – это совокупность плодолистиков или карпелл в цветке, образующих один или несколько пестиков. Пестик – наиболее существенная часть цветка, из которого формируется плод.

Пестик – «женский» орган цветка, который обеспечивает оплодотворение и защиту семязачатков. Пестик представляет собой плодолистик или несколько сросшихся между собой плодолистиков. Плодолистик – это орган цветка листового происхождения, несущий семязачатки, т.н. спороносный лист. По форме пестик напоминает замкнутый сосуд, в котором развиваются надежно защищенные семязачатки. Обычно он состоит из трех частей: завязи, столбика и рыльца (Андреева, Родман, 2002).

Столбик – тонкая цилиндрическая стерильная часть пестика, отходящая обычно от верхушки завязи. Он соединяет завязь и рыльце.

Рыльце – расширенная часть на верхушке столбика, предназначенная для восприятия пыльцы. Форма и величина рыльца разнообразны и обычно приспособлены к виду опыления. Столбик приподнимает рыльце вверх, что необходимо при некоторых механизмах опыления. У ряда растений столбик неразвит, а рыльце, находящееся на завязи, называют сидячим (мак). Характерная особенность строения пестика – развитие железистой ткани не только на рыльце, но и внутри пестика – по путям следования пыльцевых трубок. Эта ткань облегчает передвижение пыльцевых трубок через столбик и снабжает их питательными веществами, необходимыми для развития. Ее называют проводниковой, трансмиссионной или стигматоидной тканью.

Завязь – это замкнутая нижняя расширенная полая, наиболее важная часть пестика, несущая семязачатки. Полость завязи или одногнездная, или разделена на несколько гнезд.

Пыльцевые зерна, занесенные в цветок насекомыми-опылителями, ветром или иным способом, удерживаются рыльцем пестика и прорастают через столбик в направлении завязи, где и происходит оплодотворение семязачатков. Совокупность плодолистиков в цветке называют гинецеем

Завязь у однопестичного (простого) гинецея может быть нижняя, полунижняя и верхняя.

Верхняя завязь располагается на цветоложе свободно, не срастаясь с другими частями цветка. В этом случае цветок называют подпестичным.

Нижняя завязь чаще образуется в результате срастания гинецея с цветочной трубкой (смородина, крыжовник, яблоня, груша, рябина), которая, в свою очередь, формируется в результате срастания оснований околоцветника и тычинок. Реже нижняя завязь образована за счет срастания гинецея с цветоложем (тыквенные, кактусовые).

При полунижней завязи гинецей срастается с частями цветка до половины завязи (бузина, камнеломковые), и цветок называют полунадпестичным.

Если в цветке пестик один, то гинецей может быть монокарпным, ценокарпным или псевдомонокарпным (Андреева, Родман, 2002).

Таксономическое значение имеют такие признаки гинецея, как количество столбиков, форма рыльца, наличие опушения, количество гнезд завязи и т.д. Семязачаток покрытосеменных состоит из интегумента, нуцеллуса и зародышевого мешка. Интегумент может быть однослойный или двуслойный, на верхушке семязачатка интегумент имеет микропиле (пыльцевход). Нуцеллус, расположенный между интегументом и зародышевым мешком, образует стенку зародышевого мешка. Зародышевый мешок занимает центральную часть семязачатка и состоит из семи клеток. Три клетки  расположены в части зародышевого мешка, обращенной к микропиле. Это яйцевой аппарат. Яйцевой аппарат представлен яйцеклеткой и двумя клетками - синергидами. На противоположном полюсе зародышевого мешка сконцентрированы три клетки - антиподы. Основной объем зародышевого мешка представлен центральной двуядерной клеткой, которая плотно прилегает к антиподам - клеткам, образующим яйцевой аппарат, и к клеткам нуцеллуса. Ядра клеток зародышевого мешка гаплоидные.

Цветки, у которых есть тычинки и пестики, называют обоеполыми. Если же в цветке есть только тычинки или только пестики, их называют раздельнополыми. Цветки, где есть только тычинки, называют тычиночными, если только пестики, — пестичными. Если тычиночные и пестичные цветки находятся на одном растении, то такие растения называются однодомными. Например, у кукурузы на верхушке растения находится соцветие-метелка, где собраны тычиночные цветки, а пестичные цветки расположены в соцветиях-початках. К однодомным относятся тыква, орешник, дуб, береза, огурец и др. У двудомных растений (ива, конопля) на одном растении расположены тычиночные цветки, на другом — пестичные (Андреева, Родман, 2002).