Формирование мужских и женских цветков

У растений чаще образуются обоеполые (гермафродитные) цветки, реже однополые — мужские (тычиночные) или женские (пестичные). Формирование гермафродитных цветков изучали значительно меньше. Поскольку клетки каждого растения тотипотентны, то потенциально они могут обеспечить формирование цветков обоих полов. Какие цветки образуются на растении с однополыми цветками, зависит от генотипа. В генах закодирована информация о синтезе специфических мРНК мужского или женского белка.

Одним из первых исследователей, описавшим влияние внешних условий на формирование пола у растений, был русский ботаник И. А. Двигубский (1823). Он наблюдал, что у некоторых растений при посевах в Европе формируются однополые цветки, а при посеве в Египте — гермафродитные. Затем М. Мольяр (Франция, 1897) показал, что плодородная почва способствует образованию женских цветков, а бедная — мужских. В 1912 г. И. Турнуа (Франция) обнаружил, что у конопли и хмеля в условиях короткого дня женских цветков образуется больше, чем мужских. Это было подтверждено в работах М. X. Чайлахяна и В. Н. Хрянина (СССР, 1977).

Короткий день или уменьшение интенсивности света вызывают массовое появление на мужских растениях обоеполых или даже женских цветков. Длинный день действует в противоположном направлении. Синий свет усиливает женскую сексуализацию, а красный — мужскую. Регуляция иола у раздельнополых растений контролируется фитохромом.

Однако в системе, регулирующей сексуализацию цветков, есть главные факторы. Этими факторами являются гормоны: цитокинины и гиббереллины. В женских цветках цитокининов содержится значительно больше, чем в мужских. Цитокинины, образующиеся в корнях, транспортируются в верхушки стеблей и индуцируют образование в меристеме женских цветков. Гиббереллины, синтезируемые в листьях, транспортируясь в верхушечные меристемы, вызывают образование мужских цветков. Возможно, что формирование мужских или женских цветков может происходить у некоторых растений под действием ауксина, абсцизовой кислоты, пролина.

Так как цитокинины синтезируются в корнях, а гиббереллины — в листьях, то эти органы играют важную роль в сексуализации растений (корни — в проявлении женского, а листья — мужского пола). Обрезая часть листьев или корней, можно изменить соотношение женских и мужских цветков у древесных и травянистых растений. Например, ежегодная подрезка ветвей тополя превращает некоторые мужские деревья в женские. Рудбекия, лишенная корней, не способна к цветению на длинном дне.

На формирование мужских и женских цветков влияют не только свет, но и другие внешние условия. Все факторы, способствующие корнеобразованию, усиливают формирование женских цветков, так как в сильно развитой корневой системе образуется большое количество цитокининов; наоборот, факторы, вызывающие усиление роста побегов, в частности листьев, индуцируют образование мужских цветков, так как в хорошо развитых листьях увеличивается синтез гиббереллинов.

На заложение мужских или женских цветков влияют условия минерального питания. Еще Д. А. Сабинин в 1949 г. писал, что для определения пола цветка, например у кукурузы и тыквенных, важную роль играет, какие элементы входят в состав удобрений. Теперь установлено, что избыток солей кальция в почве способствует развитию большого количества мужских цветков, а внесение фосфорных удобрений, напротив, приводит к увеличению числа женских цветков.

Повышенная влажность почвы и воздуха в период заложения цветков — необходимое условие для образования женских цветков, а понижение влажности способствует формированию мужских. Окись углерода, этилен, ацетилен стимулируют образование женских цветков. Низкие температуры способствуют формированию женских цветков, а высокие — мужских.

Быстрый рост растений стимулирует образование мужских цветков, а медленный — женских. При старении растений происходит изменение соотношения гормонов и ингибиторов в сторону последних, в результате образуется больше женских цветков.

Итак, короткий день, синий свет, угарный газ, высокий уровень азота, высокая влажность и низкие температуры, способствующие корнеобразованию, усиливают формирование женских цветков. Наоборот, такие факторы, как длинный день, красный свет, высокий уровень калия, высокие температуры и относительно низкая влажность, вызывающие усиление роста побегов, индуцируют образование мужских цветков.

Дифференцировка пола (сексуализация цветков) — это цепь взаимосвязанных процессов, каждый из которых может быть вызван одним или несколькими внешними или внутренними факторами.

Умение управлять формированием цветков нужного иола — одна из важных задач садоводства, цветоводства, так как помогает удовлетворять потребности рынка в цветах, плодах, овощах в определенные сроки. Например, выдерживание растений огурцов, имеющих 3—4 листочка, в течение нескольких часов в атмосфере угарного газа увеличивает количество женских цветков и, следовательно, плодов в 10 и большее количество раз. И, наоборот, способность предотвратить цветение очень важна при выращивании ряда сельскохозяйственных культур, например сахарного тростника, зацветание которых приводит к снижению урожая.

Контрольные вопросы

• 1. Какие гормоны, по теории М. X. Чайлахяна, индуцируют заложения цветков в меристеме?
• 2. Почему длиннодневные растения не цветут на коротком дне?
• 3. Почему короткодпевные растения не цветут на длинном дне?
• 4. В каких органах растения образуются необходимые гормоны?
• 5. Какой гормон индуцирует образование женских цветков?
• 6. Какой гормон индуцирует заложение мужских цветков?
• 7. Почему корни и листья влияют на сексуализацию цветка?
• 8. Какие внешние условия стимулируют образование женских цветков?
• 9. Какие внешние условия стимулируют образование мужских цветков?