Проектная работа "Орхидеи – аристократы царства растений"

Разделы: Биология, Руководство учебным проектом


Автор: Мосалова Анастасия, 7-й класс

Руководитель: Селезнева И.Г.

1. Вступление

К нам сойдя из утопии сказок, 
В дивном парке цветут орхидеи! 
Бал цветов всех оттенков и красок... 
Как невесты, от скромности рдея.

Страсть, любовь иль сомнений прохлада, 
В простоте - гениальность идеи! 
Власть и кровь, боль и горечь, услада - 
Всё смешалось в тебе, орхидея!

Мой выбор был не случаен, так как я увлекаюсь выращиванием орхидей, я думаю, что мой проект будет интересен для людей увлеченных цветоводством и для любителей раскрывать тайны природы. И первая загадка – это огромное количество видов семейства Орхидных, по различным данным оно насчитывает от 20 до 35 тысяч видов.

Цель проекта: Выяснить причину многообразия орхидей.

Задачи:

  • Собрать информацию об орхидеях из разных источников.
  • Провести анализ информации
  • Создать презентацию для демонстрации её в классе.

Гипотеза: Многообразие форм, окраски цветов орхидей – это приспособленность к опылению насекомыми.

2. История открытия и разведения орхидей

ОРХИДНЫЕ, ятрышниковые (Orchidaceae), семейство однодольных многолетних наземных или эпифитных травянистых растений, одно из самых крупных семейств растений, в состав которого входит множество в высшей степени красивых видов. Это древнее семейство растений, которое появилось еще в меловой период (145 – 66 млн. лет назад).

Подавляющее большинство орхидных растет в горных областях тропиков, однако в целом эта группа распространена по всему миру вплоть до Северного Ледовитого океана. Орхидные славятся своими весьма разнообразными, иногда причудливыми по форме и окраске цветками. Они бывают и менее сантиметра в диаметре, и крупнее ладони.

Впервые слово «орхидея» для обозначения какого-то вида этих растений применил древнегреческий учёный Теофраст еще в IV—III вв. до н. э. (рис. 1, 2). Это было первое упоминание об орхидее. Почти в то же время орхидеями заинтересовались в Китае. Китайский философ Конфуций (рис. 3) считал, что любоваться орхидеями и вдыхать их чудный запах всё равно, что общаться с самыми близкими друзьями.

Иллюстрации к проекту.

Чуткие ко всему прекрасному, китайцы рисовали орхидеи на фарфоровых вазах и вышивали узоры из орхидей на шёлке (рис. 4, 5, 6). Многие народы слагали мифы и легенды о них.

Легенда о белой орхидее

Юноша по имени Жуан получил королевский заказ, найти в джунглях Южной Америки редкую орхидею экзотического цвета для украшения ее дворца. Поиски оказались опасными и трудными. И несколько недель спустя, в бреду и лихорадке, полуживой, Жуан добрался до деревни. Деревенские жители дали ему кров в небольшой деревенской церквушке и позаботились о нем, как смогли. Когда Жуан пришел в себя, он был изумлен, увидев великолепную белую орхидею, растущую прямо на кресте церковной крыши. Он попросил священника отдать ему это растение, но получил твердый отказ.

Священник пояснил свой отказ, тем, что во времена страшного голода, которые сопровождались длительной засухой, деревенские жители начали колебаться в своей христианской вере. И чтобы вернуть назад жителей деревни от их язычества священник пообещал, что дожди наступят, как только жители деревни пожертвуют храму их наиболее ценную вещь. 

Поверив священнику люди принесли великолепную орхидею, которую они сняли с алтаря своих языческих богов и прикрепили на церковный крест. Как только они это сделали, небо затянулось тяжелыми тучами, и начался ливень. Когда гроза закончилась, деревенские жители с удивлением заметили, что дождь смыл всю окраску с лепестков орхидеи и теперь цветы стали белыми и прозрачными, как луна. 

Жуан направился в Мехико, где однажды отдал на обучение чемпиону бойцовского петуха. Когда Жуан вернулся в деревню, он принес одну замечательную бойцовскую птицу, безусловного победителя - Фуэго де Оро.

Приближался день турнира, и, наконец, два соперника были брошены на арену для петушиных боев. Некоторое время птицы наблюдали друг за другом, затем, взмахивая крыльями, начали бросаться в атаку друг на друга. Вскоре они были полностью окутаны облаком пыли. Когда накал борьбы спал и солнце, наконец, осветило арену еще раз, результат борьбы стал ясен - победа за Фуэго де Оро. Теперь птица стала чистить клювом и приглаживать свои окровавленные и всклокоченные перья, вся расцветка, пятна и грязь каким то чудом исчезли, и его оперение засияло такой же снежной чистотой, как желанная белая орхидея.

260 лет назад орхидеи были открыты в неприступных чащах Центральной и Южной Америки, а позже стали известны в Европе, где началось повальное увлечение этими экзотическими цветами, настоящий «орхидейный бум». Но доставить орхидеи в Европу было очень трудно. За клубень или росток редкой орхидеи платили бешеные деньги. В тропики снаряжались экспедиции. Многие сборщики погибали от ядовитых змей, голода, тропической лихорадки и от стрел коренных жителей – индейцев. Хищническая охота за орхидеями привела к тому, что многие их виды исчезли. Выращивать орхидеи не умели. Вырванные из родных мест, они или гибли в пути, или усыхали в теплицах и оранжереях. Садовникам и цветоводам никак не удавалось «приручить» цветы тропиков. Успех был, достигнут лишь через сто с лишним лет после открытия орхидей. Да и то не полный. В настоящее время выращивание этих растений стало одним из ведущих направлений в цветоводстве многих стран. Наиболее развита культура орхидей в США, особенно в Калифорнии, откуда экспорт отдельных видов измеряется сотнями тысяч экземпляров в год.

Орхидеи называют семейством "аристократов" среди растений. За красоту и уникальность многие страны выбрали местные орхидеи своими национальными символами. Орхидея перистерия высокая (рис. 7) - национальный цветок Панамы. В центре этого снежно-голубого цветка как бы сидит кроткий голубь со слегка приподнятыми крыльями. Испанские монахи, впервые увидевшие перистерию в Мексике, сочли ее цветок воплощением святого духа и с тех нор используют при богослужении. Индейцы до сих пор поклоняются этому цветку. Национальным символом Республики Сингапур является орхидея, носящая звучное имя «Ванда мисс Джоаким» (рис. 8). Это — искусственно выведенный гибрид, получивший свой статус в 1981 году, после победы на самом настоящем конкурсе. Виды орхидеи катлеи (рис. 9) избраны национальными цветками Коста-Рики и Венесуэлы, а орхидея ликаста (рис.10) является национальным цветком Гватемалы.

3. Морфология Орхидных

Орхидные отличаются разнообразием жизненных форм, бывают сапрофитные, наземные и эпифитные. Эпифитные (рис.11) приспособлены к жизни на стволах и ветвях деревьев, особенностью строения которых являются придаточные корни, которыми они зацепляются за деревья, используя их в качестве субстрата, и поглощяют воду с помощью специальной ткани – веламена. Белый цвет корней орхидей обусловлен тем, что они покрыты веламеном. Это ткань, которая состоит из омертвелых клеток, заполненных воздухом. С помощью такой "губки" корни могут запасать влагу, которая помогает пережить засушливый период. Поэтому, чем дольше засуха в месте произрастания орхидеи, тем толще будет слой веламена. А еще эта ткань защищает корни от повреждений. У многих домашних растений вылезшие за пределы горшка корни являются сигналом к тому, что их пора пересаживать в новую более просторную емкость. С орхидеями в этом случае все наоборот: придаточные корни – это признак того, что орхидея благополучно прижилась и чувствует себя хорошо.

Многие из эпифитов имеют утолщения стеблей, т.е. псевдобульбы, или туберидии, в которых накапливается вода и питательные вещества. Корни, свисая, вбирают влагу и частицы пыли из воздуха. Наземные Ятрышниковые обычно корневищные (рис.12), часто с клубневидно утолщёнными корнями, растут на лугах, болотах, склонах гор, в лесах. Среди эпифитных и наземных орхидей существует немалое число видов, полностью утративших способность к фотосинтезу и ставших микотрофными (сапрофитными)(рис. 13). Такие утратившие зеленые листья орхидеи поселяются на гниющих органических остатках, которые они не в состоянии усвоить сами, и из которых извлекают необходимые для них соединения с помощью грибов. Гифы грибов проникают в живые клетки корней и корневищ и отчасти перевариваются растением, которое усваивает содержащиеся в них углеводы.

Все орхидеи можно по типу роста стебля разделить на моноподиальные, что в свободном переводе означает «одноногие», и симподиальные — «многоногие».

Моноподиальные (рис. 14) орхидеи имеют только одну верхушечную почку, благодаря чему растут на протяжении всей своей жизни только в одном направлении. Их стебли постоянно удлиняются, давая большое число воздушных корней. При этом стебли могут стать настолько длинными, что растения теряют способность сохранять вертикальное положение и переходят к лазающему образу жизни.

Рост моноподиальных орхидей начинается с верхушки, на которой поочередно вырастают листья, расположенные супротивно друг другу. В пазухах листьев могут образовываться цветочные побеги.

Типичный пример моноподиальных орхидей — ванда, доритис. Однако, есть виды с медленным моноподиальным ростом, например, фаленопсис, у которого стебель такой короткий, что почти не виден из-за сидящих на нем листьев.

Симподиальные орхидеи (рис.15) встречаются гораздо чаще. В конце сезона их стебель или псевдобульбы прекращают расти, а в следующий сезон они дают боковой побег. Таким образом, у растения формируется система многолетних побегов, горизонтальные части которых образуют корневище, а вертикальные — возвышаются над субстратом.

Цветок (рис.16), пожалуй, самая интересная особенность орхидных. Несмотря на единый план строения именно он делает неповторимыми и неотразимыми эти растения. Неслучайно их называли цветами богов. Цветки орхидей самой разнообразной формы, часто бывают похожи на причудливых насекомых, которые являются их опылителями. В основе строения цветка лежит трехчленный тип цветка лилиейного (3 листочка околоцветника наружного круга, 3 – внутреннего, тычинки также в двух кругах по 3 как у лилии).

Цветки орхидеи всегда симметричны (актиноморфные), поэтому легко узнаваемы. У цветка есть 3 сепалии (боковых чашелистика) и 2 петалии (боковых лепестка), которые чередуются между собой. Характерная часть – губа (центральная петалия, лабеллум), которая у разных видов орхидей может иметь самые разные формы. Этот орган является своеобразной "посадочной площадкой" для насекомых-опылителей, поэтому неудивительно, что эта часть у цветка зачастую имеет наиболее яркую окраску. На губе часто имеется длинный вырост — шпорец, заполненный нектаром. Над губой находится колонка (рис. 17). У однотычинковых орхидей единственная тычинка объединена со столбиком и рыльцем пестика в единую структуру, называемую колонкой. Завязь орхидных нижняя. К концу бутонизации скручивается на 180 градусов так, что губа оказывается расположенной внизу и снаружи в удобном для насекомых положении.

4. Опыление орхидей

Кто только не опыляет орхидеи: пчёлы и шмели, осы и жуки, муравьи и бабочки, мухи и даже колибри. Ещё бы, ведь орхидеи своим многообразием способны удовлетворить любой вкус. Для ночных бабочек приготовлены белоснежные цветы, источающие к ночи сладкий запах ванили и фруктов (рис. 18). Мясным мухам предназначены тёмно-красные, воняющие гнилью цветы (рис. 19). Для колибри распускаются ярко-красные и оранжевые орхидеи (рис. 20).

Некоторые орхидеи честно одаряют опылителей пыльцой или нектаром (за которым иногда приходится проникать в глубокие шпорцы, длиной до 30 см). Но есть и мошенники, не считающие нужным платить за работу.

Самые искусстные обманщики среди орхидей — офрисы (рис. 21). Давно подмечено, что цветы офрисов напоминают насекомых: пчёл, шмелей, мух и пауков. Оказалось, что сходство не случайно. Самцы насекомых, пробуждаясь от зимней спячки раньше самок, видят в цветах офрисов своих подруг. Свой обман хитрые офрисы подкрепляют, издавая особые запахи, сходные с запахом секрета желёз насекомых. Самцы, в любовной горячке летающие с цветка на цветок, переносят на себе пыльцу.

Не менее изобретательно действуют орхидеи онцидиумы (рис. 22) из Южной Америки. Пользуясь сходством с насекомыми определенного вида, эти орхидеи воздействуют на собственнические чувства самцов. При малейшем ветерке цветы онцидиума начинают дрожать, имитируя полёт насекомого. Самец, принимая цветок за соперника, нарушившего границы участка, атакует наглеца. Нападая на цветы, насекомые их опыляют.

Среди орхидей есть и свои «наркоторговцы». «Губа» орхидей из родов мормодес (рис. 23) и цикнохес выделяет особые вещества, оказывающие наркотическое действие на пчёл. Отведав наркотика, пчела теряет осторожность и, пьянея, буквально вваливается в цветок, барахтается в нём и собирает на себя пыльцу. Как заправские наркоманы, пчёлы вновь и вновь летят за наркотиком на цветы, совершая перекрёстное опыление.

Цветы венерина башмачка (рис. 24) — это самая настоящая ловушка. Крупная жёлтая «губа» — «башмак» сулит пчёлам обилие нектара. Пчела садится на край губы, вползает в неё и соскальзывает по гладкой стенке внутрь. Упасть просто, а вот выбраться назад — проблема. Пчела видит на задней стенке «губы» «окна» — участки прозрачной ткани—и устремляется туда. И, только подползая к ложному выходу, несчастное насекомое видит настоящий путь на свободу. Пчела сначала протискивается под рыльцем, оставляя на нём пыльцу с других цветов, а затем наталкивается на пыльник, осыпающий её свежей пыльцой. В «башмачке» орхидеи нередко скапливается дождевая вода, и насекомые принимают ещё и холодную ванну. Несолоно нахлебавши, пчёлы покидают цветы орхидеи-обманщицы. Но, едва отдохнув, вновь летят на них, привлекаемые запахом и ярким цветом, в надежде добыть всё-таки несуществующий нектар.

За миллионы лет эволюции насекомые и растения образовали тесный союз. Цветковые растения получают от насекомых услуги опылителей, а насекомые ищут в цветах пищу. Посещение цветков жизненно необходимо, но вполне может оказаться опасным для жизни. Некоторые насекомые маскируются под орхидею и ловят насекомых-опылителей прямо на цветах. Удачливым охотником оказался орхидный хищнец (рис. 25) – клоп яркой окраски с плоским туловищем и широкими листовидными выростами на бёдрах задней пары ног. Окраска крыльев орхидного хищнеца точно имитирует лепестки орхидеи. Форма его тела также достаточно причудлива. На голове клопа растёт вытянутый вперёд плоский вырост с волнистыми краями, имитирующий верхний чашелистик цветка орхидеи. А брюшко, немного похожее на губу орхидеи, плоское и с волнистыми зубцами по краю. Он выделяет специфический запах, отдалённо похожий на аромат орхидеи. Многие насекомые с острым обонянием легко распознают обман и не попадают на обед хищнику, но для некоторых даже такая грубая имитация кажется неотразимой. В выделениях орхидного хищнеца есть примесь веществ, привлекательных для некоторых насекомых – аттрактантов. Поэтому хищник не испытывает недостатка в добыче.

Если орхидеи – одни из самых красивых в мире цветов, то орхидейный богомол Hymenopus coronatus (рис. 26) – самое красивое насекомое. Необычная окраска этого богомола делает его удивительно похожим на орхидею. Учёные наблюдали за тем, как опылители вели себя с живыми орхидейными богомолами. Исследователи зафиксировали более десяти случаев того, как ничего не подозревающие насекомые подлетали достаточно близко, чтобы богомолы их хватали и поедали.

5. Эволюция орхидей

Орхидные еще несколько лет назад считались чуть ли не самой молодой группой растений. Важным доводом в пользу этой версии был сложный механизм опыления орхидей. Ученые считали, что орхидеям в ходе эволюции пришлось выбирать хитроумные способы размножения, потому что простые уже были заняты другими растениями.

Чарльз Дарвин описал, например, один из видов рода ангрекум (рис. 27), цветок которого имеет шпорец — специальный вырост, в котором происходит выделение нектара, — длиной около 20 см. Ученый предположил, что должна существовать бабочка с соответствующим длинным хоботком. И действительно, через несколько десятилетий был обнаружен такой вид бабочки-бражника. Только его представители могут достать нектар со дна шпорца, одновременно обеспечив опыление цветков.

Сейчас биологи высказывают мнение, что развитие специализированных приспособлений для опыления невозможно без длительной совместной эволюции растений и насекомых. Представления о солидном возрасте орхидей подтверждаются последними данными палеонтологии и генетики. В 2007 году в Доминиканской Республике в куске янтаря возрастом около 20 миллионов лет была обнаружена пчела, к тельцу которой прилип поллинарий — специальное образование, в котором орхидеи хранят плотно упакованную пыльцу (рис. 28.). Его строение позволило указать ближайших современных родственников ископаемого цветка. Имея четко датированную находку и сравнивая ДНК современных орхидей, генетики рассчитали: общий предок всех орхидей жил 76–84 миллиона лет назад.

Эволюция опыления у Орхидных шла по пути приспособления к определенному виду опылителей. С одной стороны это прекрасно – в этом плане они достигли совершенства. Например Офрис. Но с другой стороны они стали очень зависимы от опылителей и потеряли часть потенций (они не могут опылиться другими видами). Поэтому им труднее выживать и размножаться. Но на ряду с семенным размножением осуществляется вегетативное (дремлики) благодаря чему их популяции сохраняются.

Недавно известный исследователь флоры Эквадора Алекс Хёртц предлагожил новую теорию современной эволюции орхидей. По его мнению, в неотропических лесах Южной Америки (Эквадор, Колумбия) мы наблюдаем образование новых видов орхидей, происходящее практически на наших глазах. Темпы мутаций, приводящих к новым видам, совершенно необыкновенны - от силы десятилетия. Столь короткие сроки объясняются как высоким уровнем биоразнообразия и наличием множества микроклиматов, так и быстрой эволюцией соответствующих насекомых-опылителей. Кроме того, нарушение естественной природной среды в результате вмешательства человека приводит к заполнению образующихся ниш конкурирующими видами, претерпевающими мутации в процессе приспособления к новым условиям. Как бы ни показалась невероятной его теория, имеет смысл прислушаться к мнению специалиста, имеющего отношение к открытию более 1000 видов орхидей.

В отличии от тропических лесов, наши северные территории, не отличаются таким разнообразием микроклиматов. Вероятно, поэтому мы не можем похвастаться таким обилием видов.

Многообразие орхидных и их опылителей – это пример коэволюции (коэволю́ция — совместная эволюция биологических видов, взаимодействующих друг с другом). Изменения в одном организме могут приводить к изменениям в другом; эти изменения, в свою очередь, вызывают изменения в первом организме и так далее.

Коэволюция иногда может приводить к поразительным результатам — результатам, которые часто ставили в тупик биологов-эволюционистов. Например, у некоторых видов насекомых ротовой аппарат настолько узко приспособлен, что они могут добывать нектар только из цветков одного-единственного вида растений. В свою очередь, цветки этого растения могут опылять (т.е. переносить пыльцу с одного цветка на другой) только насекомые данного вида. Можно сказать, что эти два вида коэволюционировали во что-то третье, что пока еще не является единым организмом, но уже и не может считаться двумя независимыми организмами.

Действительно, существование насекомых и цветковых растений неотделимо друг от друга, и их эволюционное развитие тесно связано друг с другом. Увеличение разнообразия тех или иных групп насекомых соотносится с развитием конкретных групп цветковых растений, а ускорение развития всего класса насекомых в раннем мелу объясняется началом распространения цветковых растений. Покрытосеменные растения приобрели превосходных помощников — насекомых-опылителей. А насекомые-опылители получили взамен различные ротовые аппараты для питания и способы переноса пыльцы на теле и голове.

Но, как выяснилось, для насекомых стратегия опыления не была принципиальным новшеством. Приспособления для переноса пыльцы и питания нектаром насекомые приобрели еще до того, как появились цветки с их нектарниками, яркими лепестками, пестиками и тычинками. Ученые собрали данные по ископаемым скорпионницам — отряду насекомых, существовавшему по крайней мере с конца пермского периода (260 млн лет назад).

Эти насекомые имеют две пары крыльев, вытянутый хоботок, на конце которого расположены маленькие грызущие ротовые части, а у самцов на конце брюшка вздуты половые органы, похожие на хвост скорпиона — отсюда и название для отряда. Подавляющее большинство вымерших скорпионниц (рис. 29) — а это была чрезвычайно обширная группа в мезозое употребляли в пищу исключительно растительные соки. Эти вымершие насекомые так же, как и их современные потомки, имеют на передней части головы хоботок, а конец хоботка расширен. Такая форма ротового аппарата приспособлена для питания растительными соками и нектаром, содержащимися в цветках покрытосеменных или фруктификациях голосеменных. Насекомое высасывает нектар, просовывая хоботок через отверстие семязачатка — микропиле. Это приспособление — сосущий ротовой аппарат — появилось в ответ на бурное развитие голосеменных в юрском периоде. Многие группы голосеменных уже в середине юрского периода имели семязачатки с нектаром, добраться до которого можно было через узкое отверстие: как раз для этого и сформировался тонкий хоботок с расширением на конце. Оказалось, что длина хоботков у различных групп скорпионниц соответствует длине микропиле у сопутствующих им видов голосеменных. Логично предположить, что, питаясь нектаром, они могли переносить пыльцу, как это делают современные насекомые-опылители. Все эти данные доказывают, что энтомофилия у растений (опыление насекомыми) развилась задолго до появления цветковых растений. Это объясняет тот удвительный факт, что уже к началу эволюции цветковых растений насекомые уже имели целый ансамбль приспособлений для переноса пыльцы, питания пыльцой, а в пищеварительном тракте насекомых находят остатки пыльцевых зерен. Естественно, с появлением цветков на эволюционную арену вышли новые группы насекомых-опылителей, более совершенных и успешных, которые вскоре вытеснили своих предшественников — скорпионниц.

6. Выводы

  1. Эволюция опыления у Орхидных шла по пути приспособления к определенному виду опылителей.
  2. Высокие темпы образования новых видов орхидей – это результат коэволюции орхидей и насекомых опылителей.

7. Задачи на следующий год

  1. Найти и изучить информацию об орхидеях Подмосковья.
  2. Составить фотоальбом.
  3. Провести работу по вегетативному размножению комнатных орхидей.

Презентация

8. Список литературы

  1. Жизнь растений в 6 томах, Т.6. М:1982 «Просвещение»
  2. Коломейцева Г.Л., Герасимов С.О. Орхидеи.М.: Кладезь-Букс, 2005.
  3. >www.orchid.ru
  4. www.flowers.ru>
  5. www.5ballov.ru

13.06.2018