Opylení rostlin: přenos pylu, oplodnění a vznik semene

U kvetoucích rostlin se pyl musí dostat z jednoho květu na druhý. To se může dít dvěma hlavními způsoby: prostřednictvím neživých organismů, jako je vítr nebo voda, nebo prostřednictvím živých organismů, jako je hmyz nebo ptáci.

• Kukuřice a vítr

Kukuřice (v některých částech světa nazývaná kukuřice) je opylována větrem. Samčí prašníky vypouštějí pyl, který se přenáší na nedaleký samičí květ na jiné rostlině kukuřice. Většina květů na rostlině kukuřice je buď samčí, nebo samičí (jednodomá), nikoli obě pohlaví v jednom květu (hermafrodit).

Květy kukuřice se vyvinuly (v průběhu času se změnily) tak, aby k opylování využívaly vítr. Nepotřebují krásné okvětní lístky. Pyl je lehký, takže může vanout, a konce samičích částí (stigma) jsou načechrané, aby zachytily všechna drobná pylová zrnka.

• Rajčata a včely

U rajčat včely přenášejí pyl ze samčích částí jednoho květu (prašníků) do samičích částí jiného květu (tyčinek). Včely se pohybují mezi květy, když sbírají nektar, který květy vytvářejí. Včely odnesou nektar a část pylu zpět do úlu a rostliny rajčat se mohou rozmnožovat (vytvářet nové rostliny rajčat).

Protože se květy rajčat vyvinuly tak, aby lákaly včely, mají rozprostřené okvětní lístky a pro lidské oči jsou bílé (včely, stejně jako většina hmyzu, vidí v ultrafialovém pásmu i v našem vizuálním pásmu vlnových délek). Pyl je často slepen do chomáčků zvaných pollinia, které se zase přilepí na včelu. Včely jsou extrémně chlupaté a nesou drobné elektrické náboje, které přitahují pyl na jejich těla. Medonosné včely mají speciální pylové košíčky, obvykle na zadních nohách; do těchto kapsiček si pyl ze svého těla vyčesávají.

Velká část pylu se vrací zpět do hnízda nebo úlu, kde slouží jako zdroj bílkovin, které larvy nejvíce potřebují. Část se setře na dalším květu, kde je samičí pyl lepkavý. Pylová trubička roste dolů a umožňuje samčí gametě oplodnit vajíčko a vytvořit semeno.

90 % kvetoucích rostlin je opylováno živočichy a pouze 10 % využívá abiotické (neživé) opylení. Z těchto abiotických opylovačů je 98 % opylováno větrem a pouze 2 % vodou.

Po opylení dochází k oplodnění. U rostlin se jedná o dvojité oplození, při kterém dvě spermie oplodní buňky ve vaječníku rostliny. Jedno z nich je normální oplodnění, z něhož vzniká embryo. Druhé je unikátní druh oplození, při kterém vzniká endosperm semene.

Tento proces začíná, když se pylové zrno přichytí na stigma pestíku (samičí rozmnožovací struktura). Pak vyklíčí a vyroste z něj dlouhá pylová trubice. Zatímco tato pylová trubice roste, haploidní buňka cestuje po trubici za jádrem trubice. Tato buňka se mitózou rozdělí na dvě haploidní spermatické buňky.

Jak pylová trubice roste, dostává se z tyčinky dolů po stvolu do vaječníku. Zde pylová trubice dosáhne vajíčka a uvolní svůj obsah (včetně spermatických buněk). Jedna spermie se vydá na cestu, aby oplodnila vaječnou buňku a vytvořila diploidní (2n) zygotu. Druhá spermie splyne se dvěma buněčnými jádry, čímž vznikne triploidní (3n) buňka.

Jak se zygota vyvíjí v embryo, triploidní buňka se vyvíjí v endosperm, který slouží embryu jako zdroj potravy. Z vajíčka se nyní vyvine plod a z vajíčka semeno.

Existují důkazy, že některé gymnospermy byly v období triasu opylovány hmyzem, ale opylování živočichy není v této skupině hlavní metodou. Většina je opylována větrem. Některé gymnospermy a jejich hmyzí opylovači se pro opylování vyvinuly společně. Nejznámějšími příklady jsou zástupci řádu Cycadales a s nimi spojené druhy brouků.

Skutečně rozšířené a specializované opylování živočichy se objevilo až u krytosemenných (kvetoucích) rostlin. Různé čeledi kvetoucích rostlin se obvykle specializují na určitý způsob opylování. Někdy několik rodů přechází z jednoho způsobu opylení na jiný. ^p53

• Ranunculaceae: opylováno hmyzem. Pouze jeden rod je opylován větrem.
• Compositae (Asteraceae): tato největší čeleď je téměř výhradně opylována hmyzem. Dvě skupiny rodů přešly na opylování větrem.
• Cyperaceae: téměř výhradně větrem opylované. Jeden rod je opylován hmyzem.
• Moraceae: tato čeleď moruší je nejlepším příkladem rozsáhlého přechodu od opylování větrem k opylování hmyzem. Všechny příbuzné čeledi (Ulmaceae, Cannabaceae, Urticaceae) jsou opylovány větrem.
• Gramineae (Poaceae): trávy jsou extrémně přizpůsobené opylování větrem. Pouze dva rody přešly na opylování hmyzem.

Syndrom opylení je soubor adaptivních znaků, které pomáhají květům k opylení.

Opylení větrem

Větrem opylované květy jsou obvykle malé a nenápadné (nejsou nápadné). Nemají vůni ani neprodukují nektar. Prašníky mohou produkovat velké množství pylových zrn, zatímco tyčinky jsou obvykle dlouhé a vyčnívají z květu. Jejich tyčinky mohou být velké a zpeřené, aby zachytily pylová zrna. Může je navštěvovat hmyz, který sbírá pyl; existují příklady květů, které jsou opylovány jak větrem, tak hmyzem.

Opylování zvířaty

Opylování brouky

Květy opylované brouky jsou obvykle velké, zelenavé nebo bělavé a silně voní. Vůně může být kořeněná, ovocná nebo podobná rozkládajícímu se organickému materiálu. Většina květů opylovaných brouky je zploštělá nebo miskovitá a pyl je snadno dostupný. Mohou mít pasti, které brouka udrží déle. Vaječníky rostliny jsou obvykle dobře chráněny před kousacími ústními částmi brouků. Brouci jsou důležitými opylovači v některých částech světa, například v suchých oblastech jižní Afriky a jižní Kalifornie a na horských pastvinách v KwaZulu-Natal v Jižní Africe.

Opylování mouchami

Některé mouchy se v dospělosti živí nektarem a pylem (zejména včelí mouchy a vznášivky). Květy, které navštěvují, mají často silnou vůni a bývají fialové, fialové, modré a bílé.

Na druhou stranu samce ovocných mušek přitahují některé divoké orchideje, které neprodukují nektar. Místo toho produkují prekurzor mušího sexuálního feromonu. Mouchy, které běžně navštěvují mrtvá zvířata nebo trus, jsou přitahovány květinami, které tyto páchnoucí předměty napodobují. Nedostanou žádnou odměnu a rychle by odešly, ale rostlina může mít pasti, které je zpomalí. Tyto rostliny mají silný, nepříjemný zápach a jsou hnědé nebo oranžové barvy.

Díky jejich velkému počtu a celoroční přítomnosti některých mušek jsou důležitými opylovači mnoha rostlin. Mouchy bývají důležitými opylovači ve vysokých nadmořských výškách a zeměpisných šířkách, kde jsou početné a kde mohou chybět jiné skupiny hmyzu.

Opylování včelami

Květy opylované včelami bývají žluté nebo modré, často s ultrafialovým nektarovým průvodcem a vůní. Nektar a/nebo pyl jsou nabízeny jako odměna v různém množství. Cukr v nektaru bývá většinou sacharóza. Existují různé druhy včel, které se liší velikostí, délkou jazyka a chováním (některé jsou samotářské, jiné koloniální). Některé rostliny mohou být opylovány pouze včelami, protože jejich prašníky uvolňují pyl uvnitř a ten je třeba vytřepat bzučením ("sonikací"). Čmeláci jsou jediní živočichové, kteří to dokážou.

Opylování včelami z mobilních úlů má velký hospodářský význam pro sady, jako jsou jabloně nebo mandloně.

Opylení vosami

Vosy jsou také zodpovědné za opylování některých druhů rostlin, jsou důležitými přenašeči pylu a v některých případech jsou dokonce účinnějšími opylovači než včely.

Opylování motýly (Lepidoptera)

Květy opylované motýly bývají velké a nápadné, růžové nebo levandulové, často mají přistávací plochu a obvykle voní. Protože motýli pyl netráví (až na jednu výjimku), je jim nabízeno více nektaru než pylu. Květy mají jednoduché nektarové vodiče s nektárii obvykle ukrytými v úzkých trubičkách nebo ostruhách, na které motýli dosáhnou dlouhým jazykem.

K významnějším opylovačům patří můry z čeledi jestřábníkovitých (Sphingidae). Jejich chování je podobné chování kolibříků: vznášejí se před květy s rychlými údery křídel. Většina z nich se živí v noci nebo za soumraku. Květy opylované můrami tak bývají bílé, otevírají se v noci, jsou velké a nápadné, s trubkovitými korunami a silnou sladkou vůní, která se vytváří večer, v noci nebo brzy ráno. Produkují velké množství nektaru, který pohání vysokou rychlost metabolismu potřebnou k jejich letu.

Ostatní můry létají pomalu a usazují se na květu. Nepotřebují tolik nektaru jako rychle létající jestřábníci a květy bývají malé (i když se mohou shlukovat do hlávek).

Opylování ptáky

Kolibříci jsou pro Severoameričany nejznámějšími ptáky živícími se nektarem, obdobné druhy se vyskytují i v jiných částech světa. Květy atraktivní pro kolibříky, kteří se vznášejí před květem, bývají velké červené nebo oranžové trubice s velkým množstvím zředěného nektaru produkovaného během dne. Vzhledem k tomu, že ptáci nemají silnou reakci na vůni, bývají bez zápachu. Okounějící ptáci potřebují značnou přistávací plochu, takže slunéčka, medojedi a podobně jsou s trubkovitými květy spojováni méně.

Opylování netopýry

Květy opylované netopýry bývají velké a nápadné, bílé nebo světle zbarvené, otevírají se v noci a silně voní. Často jsou velké a zvonkovité. Netopýři pijí nektar a tyto rostliny obvykle nabízejí nektar po dlouhou dobu. K prvotnímu nalezení květů se používá zrak, čich a echolokátor, k opakovaným návštěvám pak vynikající prostorová paměť. Netopýři totiž dokáží pomocí echolokace identifikovat květy produkující nektar. Rostliny opylované netopýry mají větší množství pylu než jejich příbuzní.

Průvodci medem

Medové vodítko, nektarové vodítko nebo květinové vodítko jsou značky na květech, které hmyzu napovídají, kam se vydat pro nektar (mnoho druhů hmyzu vidí v ultrafialovém spektru). Většina těchto vodítek je pro člověka neviditelná, pokud je nevidí v ultrafialovém světle. Výhodou pro rostlinu je, že vodítka zvyšují nabídku opylovačů při relativně nízkých nákladech.

Úplné pochopení opylování je poměrně nové.

V roce 1672 měl Nehemiah Grew představu, že pyl je prostředkem oplození u vyšších rostlin. Jako první podrobně popsal pyl pomocí mikroskopu. To vedlo k objevu, že všechna pylová zrna určitého druhu jsou stejná. Studium pylových zrn se nazývá palynologie. Je hojně využívána v mikropaleontologii. Pohlaví u rostlin bylo objeveno v roce 1694, kdy Rudolf Camerarius svůj objev uvedl v dopise.

V roce 1793 vydal Christian Sprengel (1750-1816) práci o opylování květů hmyzem, v níž uvedl všechny hlavní body. Bohužel "jeho práce se natolik vymykala standardnímu myšlení a zájmům té doby, že byla téměř zcela ignorována".

Hlavní problémy se řešily ve dvou liniích. Jedna se zabývala studiem fungování pylových buněk při oplození vajíčka a druhá poznáváním koevoluce živočišných opylovačů a kvetoucích rostlin. Oba tyto směry práce se staly v polovině devatenáctého století v podstatě "moderními".