Самоопыление - Википедия - Self-pollination

У орхидеи происходит один тип автоматического самоопыления. Ophrys apifera. Один из двух поллинии наклоняется к клеймо.

Самоопыление когда пыльца с того же завода прибывает в клеймо цветка (в цветущие растения ) или на яйцеклетка (в голосеменные ). Различают два типа самоопыления: в автогамия, пыльца передается в клеймо того же цветка; в гейтоногамия, пыльца передается из пыльник одного цветка на рыльце другого цветка на том же цветковом растении или от микроспорангий к яйцеклетка в пределах одного (однодомный голосемян. У некоторых растений есть механизмы, обеспечивающие автогамию, например, не раскрывающиеся цветы (самоопыление ), или же тычинки этот шаг, чтобы войти в контакт со стигмой. Период, термин селфи который часто используется как синоним, не ограничивается самоопылением, но также применяется к другим типам самоопыления.

Вхождение

Немногие растения самоопыляются без помощи переносчиков пыльцы (например, ветра или насекомых). Чаще всего механизм встречается в некоторых бобовые Такие как арахис. В другом бобовом, соевые бобы, цветы раскрываются и остаются восприимчивыми к перекрестному опылению насекомыми в течение дня. Если этого не сделать, цветы будут самоопыляться при закрытии. Среди других растений, способных к самоопылению, есть много видов орхидеи, горох, подсолнухи и тридакс. Большинство самоопыляющихся растений имеют небольшие, относительно незаметные цветки, которые выделяют пыльцу прямо на рыльце, иногда даже до того, как распустится бутон. Самоопыляющиеся растения тратят меньше энергии на производство аттрактантов опылителей и могут расти в районах, где насекомые или другие животные, которые могут их посещать, отсутствуют или очень редки, например, в Арктике или на больших высотах.

Самоопыление ограничивает разнообразие потомства и может подавлять жизнеспособность растений. Однако самоопыление может быть выгодным, позволяя растениям распространяться за пределы диапазона подходящих опылителей или производить потомство в районах, где популяции опылителей были значительно уменьшается или естественно изменчивы.[1]

Опыление также можно осуществить перекрестное опыление. Перекрестное опыление - это перенос пыльцы ветром или животными, такими как насекомые и птицы, от пыльника к рыльцу цветов на отдельных растениях.

Виды самоопыляющихся цветов

Обе гермафродит и однодомный виды обладают потенциалом к ​​самоопылению, ведущему к самооплодотворению, если нет механизма, позволяющего этого избежать. Восемьдесят процентов всех цветущих растений являются гермафродитами, то есть содержат представителей обоих полов в одном цветке, в то время как 5 процентов видов растений однодомны. Остальные 15%, следовательно, будут раздельнополыми (каждое растение однополое). Самоопыляющиеся растения включают несколько видов орхидей и подсолнухи. Одуванчики также способны к самоопылению, а также к перекрестному опылению.

Преимущества

У самоопыляющихся цветов есть несколько преимуществ. Во-первых, если данный генотип хорошо подходит для окружающей среды, самоопыление помогает сохранить этот признак стабильным у вида. Отсутствие зависимости от опылителей позволяет происходить самоопылению, когда пчелы и ветер нигде не встречаются. Самоопыление или перекрестное опыление может быть преимуществом, когда количество цветков невелико или они широко расставлены. При самоопылении пыльцевые зерна не передаются от одного цветка к другому. В результате происходит меньше потерь пыльцы. Также самоопыляющиеся растения не зависят от внешних переносчиков. Они также не могут вносить изменения в свои характеры, поэтому черты вида могут сохраняться в чистоте. Самоопыление также помогает сохранить родительские черты по мере того, как развиваются гаметы одного и того же цветка. Цветам не обязательно выделять нектар, аромат или быть красочными, чтобы привлекать опылителей.

Недостатки

Недостатки самоопыления связаны с отсутствием разнообразия, которое не позволяет адаптироваться к изменяющейся среде или потенциальной атаке патогенов. Самоопыление может привести к депрессии инбридинга, вызванной проявлением вредных рецессивных мутаций.[2] или ухудшению здоровья вида из-за разведения родственных особей. Вот почему многие цветы, которые потенциально могут самоопыляться, имеют встроенный механизм, позволяющий избежать этого или, в лучшем случае, сделать его вторым вариантом. Генетические дефекты самоопыляющихся растений нельзя устранить с помощью генетическая рекомбинация и потомство может избежать наследования вредоносных атрибутов только случайно мутация возникающий в гамета.

Смешанная вязка

Около 42% цветковых растений в природе имеют смешанную систему спаривания.[3] В наиболее распространенном виде системы отдельные растения производят один тип цветка, а плоды могут содержать самоопыляемые, перекрещенные или смешанные типы потомства. Другая смешанная система спаривания называется диморфной клейстогамией. В этой системе одно растение дает как открытые, потенциально перекрестные, так и закрытые, облигатно самоопыляемые клейстогамные цветы.[4]

Примеры видов

Эволюционный переход от ауткроссинга к самооплодотворению - один из наиболее распространенных эволюционных переходов у растений. Около 10-15% цветковых растений преимущественно самоопыляющиеся.[5] Ниже описаны несколько хорошо изученных примеров самоопыляющихся видов.

Орхидеи

Самоопыление у орхидеи-тапочки Paphiopedilum приход происходит, когда пыльник переходит из твердого состояния в жидкое и непосредственно контактирует с поверхностью рыльца без помощи каких-либо опылителей.[6]

Орхидея, живущая на дереве Holcoglossum amesianum имеет тип механизма самоопыления, при котором обоеполый цветок поворачивает свой пыльник против силы тяжести на 360 °, чтобы вставить пыльцу в свою полость рыльца - без помощи какого-либо опылителя или среды. Этот тип самоопыления является адаптацией к безветренным засушливым условиям, которые присутствуют во время цветения, когда насекомых мало.[7] Без опылителей для ауткроссинга необходимость обеспечения репродуктивного успеха перевешивает потенциальные неблагоприятные последствия инбридинга. Такая адаптация может быть широко распространена среди [людей] в аналогичной среде.

Самоопыление на мадагаскарской орхидее Bulbophyllum bicoloratum возникает из-за ростеллума, который, возможно, восстановил свою стигматическую функцию как часть дистальной медиальной стигматической доли.[8]

Caulokaempferia coenobialis

В китайской траве Caulokaempferia coenobialis Пленка пыльцы переносится из пыльника (пыльцевых мешочков) маслянистой эмульсией, которая скользит боком по стилю цветка и попадает в собственное рыльце человека.[9] Боковой поток пленки пыльцы по стилю, по-видимому, обусловлен исключительно растекающимися свойствами маслянистой эмульсии, а не силой тяжести. Эта стратегия, возможно, была разработана, чтобы справиться с нехваткой опылителей в чрезвычайно тенистых и влажных местах обитания С. coenobialis.

Capsella краснуха

Capsella краснуха (Кошелек Рэд Шепард)[10][11] это самоопыляющийся вид, который стал самосовместимый 50 000–100 000 лет назад, что указывает на то, что самоопыление - это эволюционная адаптация, которая может сохраняться на протяжении многих поколений. Его предок от скрещивания был идентифицирован как Capsella grandiflora.

Arabidopsis thaliana

Arabidopsis thaliana является преимущественно самоопыляющимся растением, частота ауткроссинга в дикой природе оценивается менее чем в 0,3%.[12] Одно исследование показало, что самоопыление возникло примерно миллион лет назад или более.[13]

Возможная долгосрочная польза от мейоза

Мейоз, за ​​которым следует самоопыление, вызывает незначительную общую генетическую изменчивость. Это поднимает вопрос о том, как мейоз у самоопыляющихся растений адаптивно поддерживается в течение продолжительных периодов времени (то есть примерно в течение миллиона лет или более, как в случае A. thaliana)[13] предпочтительнее менее сложный и менее затратный бесполый амейотический процесс для получения потомства. Адаптивное преимущество мейоза, которое может объяснить его долгосрочное поддержание у самоопыляющихся растений, - это эффективная рекомбинационная репарация повреждений ДНК.[14] Это преимущество может быть реализовано в каждом поколении (даже если генетическая вариация не возникает).

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Гроссенбахер Д., Бриско Ранквист Р., Голдберг Е. Е., Брандвейн Ю. (2015). «Размер географического ареала определяется системой спаривания растений». Ecol. Латыш. 18 (7): 706–13. Дои:10.1111 / ele.12449. PMID  25980327.
  2. ^ Чарльзуорт Д., Уиллис Дж. Х. (2009). «Генетика инбридинговой депрессии». Nat. Преподобный Жене. 10 (11): 783–96. Дои:10.1038 / nrg2664. PMID  19834483. S2CID  771357.
  3. ^ Гудвилли С., Калиш С., Эккерт К. Г. (2005). «Эволюционная загадка смешанных систем спаривания у растений: возникновение, теоретические объяснения и эмпирические данные». Анну. Rev. Ecol. Evol. Syst. 36: 47–79. Дои:10.1146 / annurev.ecolsys.36.091704.175539.
  4. ^ Munguía-Rosas MA, Campos-Navarrete MJ, Parra-Tabla V (2013). «Влияние источника пыльцы в зависимости от типа цветка на продуктивность потомства и хищничество семян в условиях контрастного освещения в клейстогамной траве». PLOS ONE. 8 (11): e80934. Bibcode:2013PLoSO ... 880934M. Дои:10.1371 / journal.pone.0080934. ЧВК  3829907. PMID  24260515.
  5. ^ Райт С.И., Калиш С., Слотт Т. (июнь 2013 г.). «Эволюционные последствия самоопыления растений». Proc. Биол. Наука. 280 (1760): 20130133. Дои:10.1098 / rspb.2013.0133. ЧВК  3652455. PMID  23595268.
  6. ^ Чен Л.Дж., Лю К.В., Сяо XJ, Цай В.К., Сяо Й.Й., Хуан Дж., Лю З.Дж. (2012). «Пыльник наступает на клеймо для самооплодотворения у орхидеи-тапочки». PLOS ONE. 7 (5): e37478. Bibcode:2012PLoSO ... 737478C. Дои:10.1371 / journal.pone.0037478. ЧВК  3359306. PMID  22649529.
  7. ^ Лю К.В., Лю З.Дж., Хуанг Л., Ли Л.К., Чен Л.Дж., Тан Г.Д. (июнь 2006 г.). «Опыление: стратегия самоопыления орхидеи». Природа. 441 (7096): 945–6. Bibcode:2006Натура.441..945L. Дои:10.1038 / 441945a. PMID  16791185. S2CID  4382904.
  8. ^ Гамиш А., Стедлер Ю.М., Шененбергер Дж., Фишер Г.А., Comes HP (2013). "Гистологические и микро-КТ свидетельства восприимчивости стигматического ростка, способствующие автоопылению мадагаскарской орхидеи Bulbophyllum bicoloratum". PLOS ONE. 8 (8): e72688. Bibcode:2013PLoSO ... 872688G. Дои:10.1371 / journal.pone.0072688. PMID  23967332. S2CID  5787057.
  9. ^ Ван И, Чжан Д., Реннер С.С., Чен Зи (сентябрь 2004 г.). «Ботаника: новый механизм самоопыления». Природа. 431 (7004): 39–40. Bibcode:2004 Натур.431 ... 39 Вт. Дои:10.1038 / 431039b. PMID  15343325. S2CID  52858044.
  10. ^ Brandvain Y, Slotte T, Hazzouri KM, Wright SI, Coop G (2013). «Геномная идентификация основополагающих гаплотипов раскрывает историю самоопытывания видов Capsella rubella». PLOS Genet. 9 (9): e1003754. arXiv:1307.4118. Дои:10.1371 / journal.pgen.1003754. ЧВК  3772084. PMID  24068948.
  11. ^ Слотт Т., Хаззури К.М., Агрен Дж. А., Кениг Д., Маумус Ф., Гуо Ю. Л., Стейдж К., Платтс А. Е., Эскобар Дж. С., Ньюман Л. К., Ван В., Мандакова Т., Велло Е., Смит Л. М., Хенц С. Р., Штеффен Дж., Такуно С. , Brandvain Y, Coop G, Andolfatto P, Hu TT, Blanchette M, Clark RM, Quesneville H, Nordborg M, Gaut BS, Lysak MA, Jenkins J, Grimwood J, Chapman J, Prochnik S, Shu S, Rokhsar D, Schmutz Дж., Вайгель Д., Райт С.И. (июль 2013 г.). «Геном Capsella rubella и геномные последствия быстрой эволюции системы спаривания». Nat. Genet. 45 (7): 831–5. Дои:10,1038 / нг.2669. PMID  23749190.
  12. ^ Эбботт Р.Дж., Гомес М.Ф. (1989). "Генетическая структура популяции и скорость ауткроссинга Arabidopsis thaliana (Л.) Хейн ". Наследственность. 62 (3): 411–418. Дои:10.1038 / хди.1989.56. S2CID  41914710.
  13. ^ а б Тан С., Тоомаджян С., Шерман-Бройлс С., Планьол В., Гуо Ю.Л., Ху Т.Т., Кларк Р.М., Насралла Дж. Б., Вейгель Д., Нордборг М. (август 2007 г.). "Эволюция самоощущения в Arabidopsis thaliana". Наука. 317 (5841): 1070–2. Bibcode:2007Научный ... 317.1070Т. Дои:10.1126 / science.1143153. PMID  17656687. S2CID  45853624.
  14. ^ Бернштейн Х., Хопф Ф.А., Мишод РЭ (1987). «Молекулярные основы эволюции пола». Adv Genet. Успехи в генетике. 24: 323–70. Дои:10.1016 / с0065-2660 (08) 60012-7. ISBN  9780120176243. PMID  3324702.