Семейство мотыльковые (часть 1)

Мотыльковые входят в порядок бобовых (Leguminosae), насчитывающий до 12 тыс. видов растений. К этому обширному порядку, кроме мотыльковых, относятся семейства цезальпиниевые (Cesalpinaceae) и мимозовые (Mimosaceae), отличающиеся от мотыльковых строением цветка.

Растения, относящиеся к семейству мотыльковых (Papilionaceae), - широко распространены по всему земному шару и имеют исключительно важное значение в сельском хозяйстве. Мотыльковых известно около 7000 видов. Многие из них возделываются как растения пищевые, кормовые, лекарственные, технические, медоносные. Среди них встречаются крупные деревья, кустарники, многочисленные травы и лианы. Наиболее характерный для них признак - строение цветка с мотыльковым венчиком, состоящим из паруса, двух весел и двухлепестной лодочки. Преобладает перекрестное опыление пчелами и шмелями.

Некоторые из мотыльковых, возделываемые человеком (горох, вика и др.), приспособились к самоопылению. Листорасположение очередное, листья сложные - то тройчатые, то пальчатые, то перистые с прилистниками, редко листья простые, например у дрока и верблюжьей колючки. Цветки в кистях или в головках неправильные, мотылькового типа, тычинок 10, редко 5, сросшихся нитями в трубочку (однобратственные) или чаще имеющих одну тычинку свободную (двубратственные). Пестик один, с одногнездной завязью или разделенный ложными перегородками. Плод - боб односемянный или многосемянный, раскрывающийся или нераскрывающийся. Все мотыльковые растения азотособиратели, на корнях имеют клубеньки. С помощью бактерий, поселяющихся в корневых клубеньках, мотыльковые используют азот воздуха для образования белковых веществ. Корни стержневые, глубоко распространяющиеся.

Мотыльковые произрастают в диком состоянии на лугах, а многие из них возделываются.

Приводим описание некоторых мотыльковых (бобовых), имеющих значение в сельском хозяйстве.

Боб обыкновенный (Faba vulgaris) - однолетнее растение с прямостоячими стеблями, высотой 50-100 см и больше. Листья парноперистосложные, состоящие из 2-3 пар крупных эллиптических листочков, заканчивающиеся вместо усика нитевидным острием (рис.1, I). Цветки сидят по 2-6 в пазушных кистях. Цветки крупные, с белыми венчиками, имеющими на веслах черные пятна. Бобы крупные, почти цилиндрические, торчат вверх, покрыты волосками. Стенки плодов мясистые, несколько вздутые, при созревании семян кожистые. Семена овощных бобов (Faba vulgaris var. major) крупные, широкие, плоские, имеют черную, коричневую и белую окраску. Семена полевых, или кормовых, бобов (Faba vulgaris var. minor) имеют более округлую форму и чаще коричневую окраску, хотя встречаются черного и серого цвета. Семена кормовых бобов используют для сдабривания более грубых кормов. Также распространены посевы бобов на силос.

Рис.1. Мотыльковые (бобовые).
I - боб обыкновенный : 1 - цветущий побег и корень; 2 - лист и плоды - бобы; 3 - цветок;
4 - чашечка; 5 - части венчика - парус, весла, лодочка; 6 - тычинки и пестик; 7 - пестик; 8 - двубратственные тычинки (в развернутом виде). II - горох посевной : 1 - цветущий побег; 2 - цветок; 3 - цветок в разрезе; 4 - пестик; 5 - двубратственные тычинки, 6 - плод (боб раскрытый).

Горох посевной (Pisum sativum) - однолетник с тонкими цепляющимися стеблями, имеющими высоту 30-150 см. Листья сложные, парноперистые, с 2-4 парами овальных листочков, на конце с ветвистым усиком. При основании листьев сидят крупные прилистники полусердцевидно-яйцевидной формы. Все растение голое. Цветки чаще белые, крупные, сидят по одному или по два на пазушных коротких цветоносах (рис.1, II). Чашечка с пятью зубчиками. Тычинки двубратственные. Тычиночная трубка на верхнем крае ровная, отчего нити тычинок имеют одинаковую длину. Столбик изогнут, рыльце бородатое на верхней стороне. Горох - растение самоопылитель. Бобы сплюснутые, многосемянные, семена шаровидные, светло-желтые. При прорастании семян семядоли остаются в земле.

На легких песчаных почвах возделывают полевой горох, или пелюшку (Pisum arvense), цветки ее имеют фиолетовую и красную окраску. Семена угловатые и окрашены в более темные цвета, например в серый, бурый и черный. Семена пелюшки более грубые, поэтому ее относят к кормовым культурам, употребляемым для сдабривания кормов и зеленой силосной массы.

Из мотыльковых растений, возделываемых на семена, упомянем чечевицу (Lens esculenta), также богатую белковыми веществами и растворимыми углеводами.

Фасоль обыкновенная (Phaseolus vulgaris) - однолетнее растение высотой 30-60 см, возделывается как салатное растение (спаржевая фасоль) и на семена, которые богаты белковыми веществами. Стебли большей частью вьющиеся, с крупными тройчатыми листьями, складывающимися на ночь. Цветки расположены парами в пазушных кистях. Цветоносы короче листьев, немногоцветковые. Цветки типичные мотыльковые. Чашечка двугубая, причем верхняя губа с двумя, а нижняя с тремя зубчиками. Венчик чаще белый. Парус снабжен двумя придатками. Тычинки двубратственные. Пестик с бородатым столбиком, закрученным спирально вместе с тычинками и лодочкой. Боб многосемянный, длинный, с белыми (или иной окраски) семенами. Семена при прорастании выносят семядоли на поверхность.

Фасоль огненно-красная (Phaseolus coccineus) - крупное вьющееся растение, с ярко-красными цветками. Этот вид используется только как декоративное растение, семядоли при прорастании остаются в земле.

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.

Класс Двудольные, семейство Мотыльковые (Бобовые) - именно о представителях этой систематической группы растений пойдет речь в нашей статье. Они имеют характерные особенности, по которым их легко отличить от других. А широкий ареал распространения и широкое использование в жизни человека делает их важным объектом для изучения.

Жизненные формы

Лекарственные растения широко используют в фармацевтической промышленности. Настои солодки применяют при лечении заболеваний органов дыхания, пищевых отравлениях. Многие мотыльковые - ценные медоносы. люцерна являются ценным источником нектара - излюбленного лакомства пчел.

Мотыльковые - семейство, которое может по праву носить звание одного из самых древних. Палеонтологи предполагают, что горох начали выращивать еще в третьем тысячелетии до нашей эры. А сейчас на планете территории его посевов достигают 10 млн гектаров.

Белок сои официально имеет стандарт качества растительного белка, присвоенный ей Международной комиссией по продовольственным ресурсам при ООН. По данным статистики, каждый третий литр растительного масла, производимого в мире, приходится именно на это растение. А из получают "молоко", которое по вкусовым качествам не отличается от коровьего.

Фасоль является растением-рекордсменом по содержанию соединений калия. Именно поэтому она рекомендована людям с нарушением функций почек, сердечно-сосудистой системы, при повышенном давлении, заболеваниях суставов.

Вещество, которое содержит бобовое растение донник, способно предотвращать свертывание крови и поэтому используется при тромбофлебите - болезни, при которой в сосудах образуются сгустки.

Еще одно ценное растение семейства Мотыльковые, которое дает много зеленой массы, является одновременно ядовитым. Это люпин, который содержит алкалоиды. Раньше его использовали только как зеленое удобрение, а в настоящее время выведены и неядовитые сорта.

Среди представителей семейства Мотыльковые есть и растения-великаны. Некоторые тропические деревья достигают в высоту более 80 м. Удержать таких гигантов помогают могучие опорные корни, располагающиеся на поверхности почвы.

Таким образом, основными характерными чертами представителей семейства Мотыльковые (Бобовые) является строение цветка, который по внешнему виду напоминает бабочку, и наличие клубеньковых бактерий, которые обитают в тканях корней этих растений. Многие из них являются ценными кормовыми, масленичными и зернобобовыми культурами, которые активно культивирует человек.

Все взрослые и даже дети знают фасоль и горох, бобы и чечевицу, ароматные акации и клевер, арахис и мимозу, а между тем, все это - растения семейства бобовых (или мотыльковых). Обширная группа, переоценить пользу которой для человека сложно. Мы едим эти растения, сажаем для красоты, улучшаем почву с их помощью, используем древесину, красим одежду и даже лечимся.

Семейство Бобовые: общая характеристика

Знакомое всем еще со школы семейство объединяет огромное количество видов, по приблизительным подсчетам около 17-18 тысяч. Ботаники делят его на три подсемейства (на основе строения цветка): цезальпиниевые, мимозовые, мотыльковые. Интересно отметить, что бобовые растения включают род Астрагал, самый большой по количеству видов среди представителей цветковых (около 2400). Растения данного семейства имеют достаточно большой ареал произрастания как в жарких тропиках (в основном цезальпиневые и мимозовые), так и в районах Крайнего Севера, в пустынях и саваннах.

Фиксация азота - это отличительная черта всего семейства. Корни бобовых растений имеют клубеньки, которые образуются в результате разрастания паренхимной ткани. А это, в свою очередь, объясняется внедрением и расселением внутри растения азотфиксирующих бактерий, принадлежащих роду Ризобиум. Они обладают удивительной способностью поглощать и накапливать атмосферный азот, который в дальнейшем использует само растение для своего роста. Такие большие запасы жизненно важного элемента хорошо влияют и на окружающую обстановку. Бобовые растения отлично улучшают плодородие почвы. Это широко используется как в промышленных масштабах, так и грамотными и осведомленными огородниками, не забывающими чередовать посадку различных культур у себя на участке. Ежегодно они возвращают обратно в почву примерно 100-140 килограммов азота в расчете на территорию в один гектар.

Строение листьев бобовых растений

Бобовые растения могут иметь различную форму листьев. Их условно можно разделить на несколько групп:

• парные перистосложные и дважды перистосложные (горох, желтая акация) листья, они располагаются по обе стороны стебля;
• упрощенные (редуцированы до одного верхушечного листа);
• ложно простые, образованы в результате срастания двух верхушечных листьев;
• филлодии (у африканских видов акаций) - уплощенные черешки листьев.

Для бобовых растений характерно удивительное свойство - парноперистые листья могут складываться на ночь. Это обусловлено тем, что у основания черешков есть утолщения, которые из-за изменения тургора приводят листовую пластинку или только листочки в движение. Например, мимоза стыдливая способна это делать мгновенно, так как даже легкое касание ее листьев вызывает моментальную потерю осмотического давления в них. Это свойство было замечено очень давно и послужило поводом для того, чтобы так назвать растение.

Цветок и соцветие

Бобовые растения могут иметь различные соцветия, но чаще всего это метелка или кисть, иногда головчатые кисти (клевер), гораздо реже они редуцированы до одного цветка. Для представителей семейства свойственно перекрестное опыление, при котором пыльца от одного цветка переносится на другой гораздо реже насекомыми (пчелами, шмелями) или летучими мышами и птицами у тропических видов.

Цветки бобовых растений могут быть зигоморфными или актиноморфными (например, у мимозовых). Чашечка состоит обычно из четырех, реже из пяти чашелистиков, которые срастаются между собой. Лепестков бывает 5 (у всех мотыльковых и некоторых представителей двух других подсемейств) или 4. Очень интересны их название и разделение, в зависимости от выполняемой функции. Так, самый верхний и крупный получил название "флаг", он привлекает насекомых, опыляющих растение. Лепестки, расположенные с боков, принято называть крыльями, и это своеобразная "посадочная площадка". Самые внутренние, как правило, срастаются между собой вдоль нижнего края и образуют лодочку, которая защищает тычинки и пестик от насекомых, не являющихся опылителями. А вот, к примеру, у мимозовых все лепестки одинаковой формы - свободные или сросшиеся.

Плоды бобовых растений

В данном случае наблюдается абсолютное единство всех видов семейства. Плод называется боб (одно- или многосемянной), вскрывающийся по спинному или брюшному шву. Семена внутри плода достаточно крупные, с эндоспермом или без него, хорошо развиты семядоли. Внешний вид боба может быть абсолютно любой, так же как и размер. У некоторых видов его длина достигает полутора метров. Распространение семян иногда происходит самостоятельно, когда створки плода при раскрытии скручиваются по спирали, и они разлетаются в разные стороны, например, у акации. У некоторых тропических видов разносятся животными или птицами. Завязь всем знакомого земляного ореха (арахиса) из-за отрицательного геотропизма, то есть способности расти и развиваться в определенном направлении, когда формируется, уходит в почву на 8-10 см, где затем развивается плод.

Значение бобовых в хозяйстве

Растения семейства бобовых занимают по практической значимости для человека второе место после злаковых. Среди них огромное количество пищевых культур, имеющих мировое значение: соя, горох, фасоль, арахис, нут, чечевица и многие другие. Некоторые из них люди культивируют уже не первое тысячелетие.

Большое значение бобовые растения имеют как кормовые травы, к этой категории относятся: клевер, люцерна, люпина, эспарцета и др. Некоторые тропические представители семейства (например, кампешевое дерево, перикопсис, дальбергия) являются источником ценной и высоко декоративной древесины, окрашенной в розовые, почти красные, темно-коричневые или практически черные цвета.

Декоративное и лекарственное значение

Есть и декоративные виды среди бобовых, например глициния. Это древесный вид родом из Китая с крупными кистевыми ароматными соцветиями. Очень популярное садовое и парковое растение. Еще один представитель - это акация подбеленная, широко распространена на побережье Черного моря. Из травянистых в садах выращивают, например, душистый горошек, люпины. Всем знаком цвет индиго, но мало кто знает, что аналогичного названия краситель получают из растения индигоферы красильной, небольшого кустарника из семейства бобовых.

Некоторые виды издавна используются в медицине: пажитник, астрагал, донник и т. д. Всем знакома лакрица, или солодка голая. Это травянистое бобовое растение, которое широко применяется по всему миру как лекарственное средство от кашля (целительные свойства известны еще со времен Древнего Египта). Используются для этого ее корни и корневища. В некоторых европейских странах очень популярны конфеты из лакрицы, которые любят даже дети. Они имеют характерный черный глянцевый цвет.

Класс двудольные. Семейство бобовые (мотыльковые)

Почему семейству дали название «мотыльковые»? Почему мотыльковые - хорошие соседи для всех культур? Может ли растительная пища быть богатой белком?

Общие признаки семейства мотыльковые. Это большое семейство, в которое входят около 400 родов и более 9 тыс. видов, распространённых по всей Земле, особенно в умеренном поясе и тропиках. На лугах и полях средней полосы России можно встретить представителей разных родов: Чина, Вика, Донник, Клевер, Люцерна. На полях и садах - растения родов Люпин, Белая и Жёлтая акация; Фасоль, Соя, Чечевица, Горох.

Это и травы (однолетние, двулетние и многолетние), и кустарники, и деревья. Листья очерёдные, часто с прилистниками. Как правило, листья сложные, чаще перистые или тройчатые.

Цветки с двойным околоцветником, чашечка состоит из 5 сросшихся чашелистиков. Название семейству дал венчик, похожий на сидящего мотылька: крупный верхний лепесток получил название «парус», два боковых - «вёсла», а два нижних сросшихся - «лодочка». Интересно строение тычинок: 9 тычинок срослись тычиночными нитями, а десятая - свободная. Пестик один, с крупной завязью, из которой разовьётся плод - боб.

Среди мотыльковых есть самоопыляющиеся цветки, как у гороха , но многие растения семейства - насекомоопыляемые, с довольно сильным приятным запахом. Достаточно вспомнить медовый аромат донника , свежий запах белой акации . Крупные цветки в пазухах листьев (горох ) - одиночные. Более мелкие - в соцветиях: головка (клевер ), кисть (люцерна, донник ). Все мотыльковые имеют плод боб, который обычно раскрывается двумя створками (вика, бобы, фасоль ). Форма и размер плода могут быть разными. Семя содержит большое количество белка в двух семядолях.

Другая характерная особенность - присутствие клубеньков на корнях, в которых развиваются бактерии, способные усваивать атмосферный азот. Это очень важно, так как для большинства растений азот остаётся недоступным. Поэтому бобовые - предшественники для многих растений.

Разнообразие растений семейства мотыльковые. Среди мотыльковых есть дикорастущие и культурные растения, лекарственные и ядовитые. Например, горох посевной - овощная и кормовая культура. Используется в пищу уже более 5 тыс. лет. Самоопыляющееся растение без запаха. А душистый горошек (из рода Чина) - растение декоративное, его семена в большом количестве ядовиты. Чина посевная с белыми цветками - однолетник. А чина луговая с кистями жёлтых цветков - многолетник. Та и другая - кормовые растения.

Вика посевная - однолетник с лиловыми цветками, пищевое (семена съедобны) и кормовое растение. А также сорняк яровых посевов.

Важное кормовое растение и медонос - клевер . Опыляется только шмелями, так как у пчёл недостаточно длинный хоботок. По своим питательным качествам клеверное сено превосходит злаки (белка в 1,5 раза больше, содержит витамины А, С, Д, Е). Кроме того, значительно обогащает почву азотом и улучшает её структуру.

Трава клевера, собранная в период цветения, применяется только в народной медицине от кашля, при лихорадке, простуде; наружно - при воспалении глаз и ушей. Отвар листьев используют при малярии, для укрепления желудка, при золотухе. Припарки из листьев прикладывают к опухолям и ранам.

Фасоль уже в древности разводили в Южной Америке. В России - с XVII века. Съедобны и питательны не только семена, но и бобы.

Соя , модная нынче благодаря тому, что ею можно заменить чуть ли не всё - от мяса и молока до резины и мыла, родом с Востока. Её семя содержит до 45% белка и до 27% жирного масла.

Донник лекарственный - медонос, кормовое и лекарственное растение. Люпин даёт зелёное удобрение: запахивается в почву как азотное удобрение. Семя богато белком (до 60%) и жиром (до 20%). Разводится и как декоративное растение: у него красивое соцветие - кисть и пальчатые листья.

Важное лекарственное растение, которое идёт и на экспорт, - солодка , или лакрица . Её корень используют как отхаркивающее и слабительное средство. Древние греки называли это растение «сладкий корень». Её используют и как лакомство.

Жёлтая акация (родом с Алтая) и белая акация (из Северной Америки) - декоративные древесные растения, медоносы.

Для мотыльковых характерен плод боб. Растения этого семейства имеют цветок интересного строения, похожий на мотылька, но заметен он лишь у крупноцветных видов. Листья у мотыльковых сложные: перистые или тройчатые. На корнях образуются клубеньки, в которых поселяются бактерии, фиксирующие атмосферный азот. Поэтому мотыльковые обогащают почву азотом и являются хорошими предшественниками для большинства культур. Поэтому же все растения, особенно семена, богаты белком и используются как пища для людей и как ценный корм для животных.