К этому обширному семейству относится свыше 6 тыс. видов растений, которые наряду со злаками входят в состав растительности лугов и полей. Мотыльковые растения богаче, чем злаки, белковыми веществами и потому повышают питательность травы, сена и силоса. Присутствие мотыльковых растений в травостое увеличивает урожай зеленой массы и сена. Многие мотыльковые возделываются для получения питательного корма (кормовые бобы, клевер, люцерна, эспарцет, сераделла).
Другие возделываются для получения семян, идущих в пищу человеку (горох, фасоль, чечевица, соя). Некоторые мотыльковые (например, люпин, сераделла) специально возделываются на полях с целью удобрения почвы азотом воздуха, так как в клубеньках мотыльковых растений скопляется множество клубеньковых бактерий, усваивающих азот из воздуха. Сладкий люпин используется как ценное кормовое растение.
Мотыльковые это травы, кустарники или деревья с очередными перистыми или тройчатыми, редко пальчатыми листьями с прилистниками. Цветки обоеполые, зигоморфные, с двойным околоцветником. Чашечка сростнолистная, 5-4-зубчатая, иногда 2-губая. Венчик "мотыльковый", состоит из флага, или паруса, двух крыльев, или весел, и лодочки, образованной двумя сросшимися лепестками и охватывающей тычинки и пестик. Тычинок чаще всего 10, из которых 9 срастаются тычиночными нитями, иногда срастаются все 10 тычинок, редко все 10 свободные. Гинецей апокарпный из 1 плодолистика. Завязь верхняя 1-гнездная, с несколькими или многими кампилотропными семязачатками с 2 интегументами вдоль брюшного шва. Плод - боб.
Семена часто с очень твердой семенной кожурой. Семяножки короткие. Рубчик обычно крупный. 400 родов и около 9000 видов в мире.
Мотыльковые - огромное семейство, стоящее по количеству видов на 3-м, а по количеству родов - на 4-м месте среди семейств цветковых растений.
Мукуна. Семейство мотыльковые. Фото: Ton Rulkens
Dioclea. Фото: Alex Popovkin
Некоторые роды мотыльковых содержат очень много видов. Самый крупный в семействе род астрагал (Astragalus) насчитывает 1500 видов. Это и самый крупный род цветковых во флоре СНГ(более 800 видов). Роль мотыльковых очень значительна не только в умеренных и холодных широтах, но и в тропических странах, особенно среди трав. Многие из них - характерные вьющиеся растения тропиков, но немало среди мотыльковых также и древесных лиан, как, например, глициния (Wistaria sinensis) , а также кустарников и деревьев. Последних больше в тропиках, но некоторые хорошо известны и жителям умеренных стран, прежде всего белая акация (Robinia pseudacacia) , происходящая из Северной Америки, и желтая акация (Caragana arborescens) , родом с Алтая. Эти акации не следует, конечно, путать с настоящими акациями (Acacia) из семейства мимозовых.
Мотыльковые очень легко узнать по их своеобразному венчику и андроцею, явно приспособленным к опылению перепончатокрылыми насекомыми. Например, под тяжестью шмеля, садящегося на цветок, крылья вместе с лодочкой опускаются, обнажая нижнюю часть тычиночной трубки, заключающей в себе пестик. Незамкнутость трубки благодаря одной свободной тычинке облегчает доступ к нектару, который выделяется у основания пестика. У многих мотыльковых, впрочем, существует самоопыление, хотя бы факультативное. Можно предложить следующую формулу цветка мотыльковых с 2-губой чашечкой, например бобы.
Есть среди мотыльковых и крупные деревья. В умеренной зоне - робиния - белая акация, в тропиках - эритрина. Если представить себе дерево высокое, как тополь, с тройчатыми листьями, как у клевера, колючее, как шиповник - это и будет эритрина. «Эритрина» по-русски - красная. Все у нее красное: и семена в бобах, и цветки, вдесятеро более крупные, чем у гороха. Мелкими цветки быть не могут. Опыляются не какой-нибудь мелочью вроде пчел или колибри, а воронами.
Чтобы вороне было удобно сидеть на цветке и опылять его, цветки перевернуты «вверх ногами». Огромный парус, главный лепесток, как посадочная площадка, выдвинут вперед. Все соцветие крепкое, пружинистое. Нижние цветки распускаются позднее верхних. Когда они еще в бутонах, то сидят тесно, и это еще больше укрепляет соцветие.
Ворона садится и, привлеченная нектаром, приступает к завтраку. Нектар не очень сладкий, даже немного водянистый, но на это есть свои причины. В тех местах, где дуют муссоны и где обязателен сухой сезон, эритрина снабжает напитком не только ворон, но и других зверюшек. Даже белок. Изнывая от жажды, все они скапливаются у источника влаги, потому что цветет эритрина как раз во время сухого сезона. Будь нектар сладким, как мед, им бы не напиться. Нектара образуется так много, что он постоянно капает из соцветий. За это эритрину прозвали «цветком плачущего ребенка».
Каждый цветок живет три дня. Но нектар подается только утром первого дня. Тщетно
тычут птицы клювом между тычинок. Зато пыльца высыпается им на голову.
Замечательно, что запаха цветки не имеют, а отбоя от посетителей нет.
У некоторых эритрин семена наполовину красные, наполовину черные. Е. Корнер
думает, что такие семена раньше были черными с красным присеменником - арилом.
Затем арил исчез, но красная окраска его передалась самому семени как средство,
без которого трудно заманить распространителей семян.
Не менее привлекательная своими цветками глирицидия подзаборная. Они у нее
розовые и висят долго, почти полгода - с декабря по май. Заметили ее еще ацтеки
задолго до прихода испанцев. Росла она в лесах от Мексики до самой Колумбии.
Лесное дикое какао росло под глирицидией гораздо лучше, чем в садах у ацтеков.
Тогда ацтеки стали сажать вместе с какао глирицидию. Крона ее рыхлая,
сквозистая. Свет задерживает ровно настолько, чтобы солнце не опалило какао, и
пропускает достаточно, чтобы подзащитный не зачах. Вдобавок, как всякое бобовое
дерево, удобряет почву. Ацтеки назвали глирицидию «мать какао». Второе имя -
«смерть мышам и крысам» - глирицидия получила за то, что соком семян, листьев и
корней травили назойливых грызунов.
Третье, научное имя - подзаборная - дали ботаники. За то, что деревце давало
отличные живые заборы. Сажали его и вдоль дорог. Когда отцветали цветки, деревья
украшали зеленые бобы, которые постепенно чернели. Бывает, что на деревья
навалилась тля. Эти мелкие насекомые сосут сок листьев и сами выделяют сладкий
сироп. На сироп стекаются муравьи и приносят споры черных грибов. Грибы
разрастаются на листьях черными пятнами и листья опадают.
Корневые системы мотыльковых характеризуются мощно развитым стержневым корнем, иногда достигающим колоссальной глубины; например, у пустынной верблюжьей колючки (Alhagi) , по некоторым данным, до 20 м, что позволяет добывать воду из очень глубоких горизонтов. Корни обычно содержат много склеренхимных элементов. Замечательной особенностью их является также поселение бактерий, обладающих способностью использовать азот атмосферы для синтеза белков. Они называются клубеньковыми бактериями, так как в результате их внедрения в первичную кору корня последняя разрастается, образуя клубеньки. Благодаря подобным симбиотическим отношениям многие мотыльковые хорошо развиваются на бедных азотом почвах. При отмирании органов мотыльковых растений почва обогащается азотсодержащими соединениями, которые при посредстве других бактерий используются в дальнейшем различными зелеными растениями. На этом основана хозяйственная роль многих мотыльковых.
Мотыльковые близки к мимозовым и цезальпиниевым (особенно к цезальпиниевым. Собственно, от последних их отличает только срастание нижних лепестков в лодочку и образование тычиночной трубки. Однако последняя имеется не у всех представителей, степень же срастания лепестков также весьма различная. Имеются роды, занимающие промежуточное положение между цезальпиниевыми и мотыльковыми.
Горох, соя, душистый горошек, чечевица, арахис, соя... Названия этих растений известны всем. В нашей статье мы рассмотрим особенности строения вегетативных органов и формулы цветка бобовых.
Общая характеристика семейства
Бобовые или мотыльковые растения относятся к классу двудольные. Систематики насчитывают их в природе более 20 тысяч видов. Большинство из них - ценные пищевые и кормовые культуры. Особое значение имеет способность некоторых видов фиксировать атмосферный азот. Бобовые представлены всеми жизненными формами: травами, кустарниками и деревьями. Как правило, с на стебле. Цветок бобовых является систематическим признаком.
Условные обозначения
В ботанике существует такое понятие как формула цветка. Она представляет собой условные обозначения частей этого генеративного органа. Цифры в этом ряду обозначают количественные показатели элементов генеративного органа.
Расшифровывается они следующим образом:
- Ч - чашечка. Она представляет собой совокупность чашелистиков, окружающих цветоложе.
- В - венчик. Это все лепестки цветка.
- О - околоцветник. В его состав входят чашечка и венчик.
- Т - количество тычинок.
- П - число пестиков.
Формула цветка бобовых растений
Теперь расшифруем это сочетание символов на конкретном примере. Формула цветка мотыльковых или бобовых растений имеет следующий вид: Ч5 Л1+2+(2) Т (9+1) П1. Такая структура визуально напоминает кораблик или бабочку. Это и обусловливает название мотыльковые.
Итак, околоцветник представителей этого семейства состоит из пяти чашелистиков и лепестков. Строение последних дифференцировано. Самый верхний лепесток имеет большие размеры по сравнению с остальными. Его называют "парус". По обе стороны находятся боковые лепестки - "весла". Оставшаяся пара срастается по нижнему краю. Так формируется "лодочка". У бобовых один пестик. Тычинок в одном случае может быть десять, в другом - девять из них срастаются между собой, а одна остается свободной. Лепестки иногда еще называют бабочкой с крыльями.
Тип цветка
Формула цветка бобовых несет и дополнительную информацию. Такие структуры являются обоеполыми. Это значит, что цветки имеют пестик и тычинки. Они могут быть одиночными - крупными с яркими и широкими лепестками.
Еще одна из характерных черт - это симметрия. По данному признаку цветки бобовых являются неправильными или зигоморфными. Это означает, что через них можно провести единственную вертикальную плоскость.
В ряду случаев у представителей этого семейства происходит формирование соцветий. Иногда формула цветка которых была приведена выше, формирует соцветия. Это может быть кисть, головка или метелка.
Опыление и формирование семян
Формула цветка бобовых свидетельствует о некоторых его различиях у разных видов семейства. Эти особенности определяют и способ опыления. К примеру, у клевера каждый лепесток закручен в длинную трубочку. Поэтому его могут опылять только шмели, имеющие специальный хоботок. Бобовые привлекают также пчел и бабочек. У гороха, люпина, астрагала, вики происхо-дит самоопыление.
Особенностью семян бобовых является отсутствие эндосперма - запасного питательного вещества. Это растения класса двудольные. Поэтому их зародыш состоит из двух семядолей, зачаточного стебелька, корешка и почечки, которая содержит зачатки первых листьев. Снаружи находится защитная кожура. Семядоли повернуты друг к другу плоскими сторонами. Они соединены в одной из частей. В этом месте и расположены зачаточные органы.
Запас веществ заключен непосредственно в семядолях. Ученые доказали, что люпин можно вырастить даже из семян, которые долгое время пролежали в мерзлоте. А для фасоли характерно подземное прорастание. В биологическом смысле это очень выгодно, поскольку обеспечивает защиту от животных, перепадов температуры.
Плоды и семена
Плод этого семейства называется боб. Развивается он из плодолистика. Боб является сухим многосемянным. После созревания он раскрывается по шву между двумя створками. На них находятся семена. В отличие от стручка, внутри боба нет вертикальной перегородки.
Семена бобов издавна употребляются в пищу. Горох и фасоль содержат большое количество белков, а соя и арахис - растительных масел. Клевер и люцерна являются незаменимыми поскольку отличаются большой питательной ценностью. Большое значение эти растения имеют и в качестве медоносов. Белая и желтая карагана, а также мимоза - известные декоративные виды.
Значение
Побеги бобовых - ценное зеленое удобрение. Их припахивают и оставляют на поверхности почвы, что способствует ее обогащению органикой и улучшает структуру. В фармацевтической промышленности в качестве сырья используется солодка, донник, белая акация. Среди древесины самым ценным является сандаловое дерево.
Только на корнях бобовых поселяются клубеньковые бактерии. Это особый вид, который способен усваивать атмосферный азот. В чем польза таких организмов? Азот является необходимым элементом для формирования стебля и листьев. И в воздухе этого вещества достаточно - до 78 %. Но растения не могут поглощать атмосферный азот. Клубеньковые бактерии переводят его в форму, которая растворяется в воде и может всасываться из почвы корнями. Существование этих организмов взаимовыгодное: бактерии обеспечивают растения азотом, а взамен получают минеральные питательные вещества.
Итак, формула цветка бобовых имеет вид Ч5 Л1+2+(2) Т (9+1) П1. Такая структура состоит из пяти плодолистиков и такого же количества лепестков. Последние отличаются размерами и формой. В результате цветок бобовых имеет неправильную форму и является зигоморфным. Это значит, что через него можно провести только одну ось симметрии. Такой тип симметрии называется зигоморфным. Визуально цветок бобовых растений напоминает лодочку с веслами и парусом или бабочку. Это обусловливает второе название этого семейства - мотыльковые. Все цветки бобовых обоеполые. Они имеют один пестик. А количество тычинок равно десяти. У некоторых из них девять из них срастаются, а одна остается свободной.
Представители семейства Мотыльковые – обычно однолетние или многолетние травянистые растения, но встречаются и кустарники, и деревья. Например, горох, соя и фасоль – однолетние, а люпин и клевер – многолетние растения.
У всех Мотыльковых следующее строение цветка . Чашечка состоит из 5 сросшихся чашелистиков, венчик – из 5 лепестков. Венчик похож на сидящего мотылька: крупный верхний лепесток называют «парусом», два боковых – «крыльями», а два нижних сросшихся – «лодочкой». Тычинок всего 10. У некоторых растений тычинки срослись в трубку, у других – свободные. Цветки опыляются пчёлами и шмелями, но есть растения с самоопыляющимися цветками, как например, у гороха. Плод – боб, который обычно раскрывается двумя створками.
На корнях растений имеются клубеньки , в которых развиваются особые бактерии. Бактерии в отличие от растений могут усваивать и накапливать атмосферный азот. Азот, усвоенный бактериями, растения уже могут использовать сами. Так как все органы мотыльковых растений богаты азотными веществами, некоторые из них (например, клевер, люпин и люцерну), используют как зелёное удобрение. Выращенные растения запахивают в почву, где они превращаются в перегной, содержащий большое количество азотных солей.
Известно более 17000 видов Мотыльковых. Они широко распространены по всему земному шару и имеют важное значение в сельском хозяйстве. Многие из них выращивают как пищевые, кормовые и лекарственные растения.
Арахис (земляной орех ) родом из Южной Америки. В семенах арахиса накапливается много масла (40-60%). Растение выращивают в Индии, Африке и Китае. Интересно, что его цветки цветут только один день, они самоопыляемы. Оплодотворённая завязь изгибается к земле, удлиняется и прорастает в землю. Там на ней поселяется особый грибок, после чего рост завязи останавливается. Семена созревают на глубине 8-10 см, где хорошо защищены от действия сухого жаркого воздуха.
Клевер красный – прекрасное кормовое и медоносное растение, содержащее много белков, витамины и минеральные вещества. По питательным качествам сено из клевера превосходит злаки. Опыляется клевер только шмелями, так как у пчёл недостаточно длинный для этого хоботок. Ещё клевер значительно обогащает почву азотом и улучшает её структуру. В народной медицине трава клевера используется как лекарственное средство при простуде.
Горошек мышиный - многолетнее растение с цепляющимися стеблями. Цветки сине-фиолетовые. Растение на лугах хорошо поедается домашним скотом, но на полях это сорняк, потому что цепляется за хлебные злаки и ослабляет их рост.
Соя из всех выращиваемых мотыльковых по площади посевов занимает первое место в мире. В нашей стране её выращивают в Краснодарском и Приморском крае. В семенах сои содержится около 33% белков и 18% масла. Из них изготовляют соевое масло, сыр, конфеты. Особая ценность семян сои состоит в том, что из них можно получать продукты, сходные с молочными (тофу из сои), а также муку, из которой пекут хлеб для больных сахарным диабетом.
Солодка (лакрица ) - лекарственное растение, корень которой используют как отхаркивающее средство при кашле. Ещё лакрицу используют как лакомство, которое было придумано ещё в 18 веке. В 1760 г. аптекарь Джордж Данхилл добавил в экстракт корня солодки сахар. Упоминание о солодке можно найти в китайских травниках и в египетских папирусах. Её нашли даже в гробнице Тутанхамона. Древние греки называли это растение «сладкий корень».
Чечевица пищевая – однолетнее растение высотой до 40 см. Её выращивают как пищевое растение с древнейших времён. Некоторые сорта чечевицы дают бобы длиной 3 см, но в основном - не больше 1,5 см. Бобы собирают вручную. Выращивают чечевицу в странах Азии, Южной Европы и Северной Африки.
Растения семейства бобовых относятся к порядку бобовоцветные (который нередко называют «бобовые», из-за чего возникает путаница). Бобовоцветные - большая общность двудольных растений, имеющих плод боб. Немало видов бобовых издавна используется человеком в пищу благодаря своим вкусовым и питательным свойствам: горох, нут, фасоль, маш, арахис, чечевица и многие другие. Старая «дружба» человека с бобовыми отражена в сказках, - например, в английской сказке «Джек и бобовый стебель» о мальчике, который взобрался по стеблю волшебных бобов до самого неба. А на картине фламандского художника Якоба Йорданса изображен народный обычай выборов «бобового короля», - и запеченный в пироге боб в этот день символизировал ни много ни мало вифлеемскую звезду!
Бобовые или мотыльковые - семейство растений в порядке бобовоцветные. Свое забавное название растения эти получили благодаря тому, что венчик цветка напоминает бабочку, мотылька. Жизненные формы бобовых разнообразны. Это могут быть деревья (акация, бобовник, робиния, каштаноспермум, глициния), кустарники (софора, желтая акация, метельник, ракитник), травы (донник, козлятник, дрок, солодка, чина, лядвенец) и лианы (канавалия).
Типичными представителями бобовых в средней полосе России являются вика, чина, донник, клевер, люцерна. Растения рода астрагал (травы, небольшие кустарники) растут в горах Закавказья, в Средней Азии. Они имеют непарноперистосложные листья, кисть с фиолетовыми, красно-розовыми или желтыми цветками. Часто встречается в нашем регионе желтая акация, чья родина Алтай. Ее характерная особенность - треск во время раскрытия зрелых бобов. В южных областях растет белая акация (родина которой - Северная Америка), в дни ее цветения вокруг разливается сильный тонкий аромат. Необычным представителем бобовых является верблюжья колючка - одно из немногих растений, выносящих жизнь в пустыне. Влагу верблюжья колючка добывает из глубоких слоев почвы, благодаря своему длинному корню, проникающему на 15–20 метров.
Общие признаки и разнообразие растений семейства мотыльковые
1. Большинство растений опыляются насекомыми, но встречается и самоопыление - у гороха, астрагалов, чечевицы, некоторых видов люпина.
2. Как идет опыление? Нектар находится у основания пестика, насекомое, добираясь туда, пачкает брюшко пыльцой с пыльников. Далее всё это богатство переносится насекомым на пестики других растений.
3. Если у гороха срастаются девять тычинок из десяти, то у люпина - все десять.
4. Листья мотыльковых с прилистниками, почти всегда сложные - при этом могут быть как парноперистосложными (горох, душистый горошек), так непарноперистосложными, как у астрагала. У клевера листья тройчатосложные, а у люпина пальчатосложные.
Хорошо всем известным, характерным представителем семейства мотыльковых является горох . Давайте рассмотрим его особенности.
1. Однолетнее растение со стержневым корнем, на котором возникают бактериальные клубеньки. Именно благодаря симбиозу с бактериями горох способен насыщать почву азотом - значит, он является хорошим предшественником для посадки других растений.
2. Неприхотлив и морозоустойчив, выдерживает заморозки, до –5 градусов. При этом требователен к влаге.
3. Высокопитательный, плоды гороха содержат много белка, бета-каротина, магния, кальция, фосфора, калия.
4. Лист гороха парноперистосложный, из его вершины растет длинный усик, которым растение хватается за любые опоры, так сам по себе стебель слабый и не способен держаться вертикально. У основания листа находятся крупные, выразительные зеленые прилистники.
5. Формула цветка Ч(5) Л1.2.(2) Т(9).1 П1. Скобки используются для обозначения сросшихся частей цветка. Положение пяти лепестков таково: верхний большой лепесток, торчащий отдельно - это парус, в центре два сросшихся лепестка - лодочка, наконец два боковые, среднего размера - весла.
6. Тычинок у цветка гороха десять, причем девять из них сросшиеся тычиночными нитями, одна свободная.
7. Соцветие гороха - одноцветковая или двухцветковая кисть (как, например, у донника или люпина). Но соцветия у бобовых могут быть совершенно разные по строению, чаще всего, помимо кисти, встречаются головка и метелка.
8.
Плод гороха - боб, в котором прячутся семена (горошины), не имеющие эндосперма.
