§39. Семейство мотыльковых, или бобовых

Определения и обозначения

Мотыльковые, или бобовые, — семейство цветковых растений, среди которых есть травы, кустарники и деревья. Для многих представителей характерны сложные листья, цветок мотылькового типа и плод-боб, но отдельные признаки могут различаться. Сочетание особенностей цветка, листьев и плода помогает определить семейство, а не полагаться на один похожий признак. К бобовым относятся, например, горох, фасоль, клевер и люпин.

Боб — плод, который развивается из одного плодолистика и обычно раскрывается двумя створками. Внутри него находятся семена, прикреплённые к стенкам плода; при созревании створки расходятся и семена могут высыпаться. Боб не равен любому раскрывающемуся плоду: у стручка устроена перегородка, к которой прикрепляются семена. Это различие помогает отличать бобовые от растений, например капусты.

Клубеньковые бактерии — микроорганизмы, живущие в особых образованиях на корнях многих бобовых растений. Они связывают азот из воздуха и переводят его в соединения, которые растение может использовать. Благодаря этим бактериям бобовые получают азот не только из почвы. Их деятельность также связана с плодородием почвы.

Симбиоз — взаимовыгодное сожительство организмов разных видов. В случае бобового растения и клубеньковых бактерий растение предоставляет бактериям место для жизни и органические вещества. Бактерии помогают растению получать доступные соединения азота. Это понятие объясняет, почему связь двух организмов может быть полезна обоим.

Как это устроено

У бобовых встречаются разные жизненные формы, поэтому семейство нельзя узнать только по размеру или внешнему виду растения. Это могут быть невысокие травы, вьющиеся растения, кустарники и деревья. Листья тоже разнообразны: они бывают простыми или сложными, в том числе тройчатыми. Такая изменчивость позволяет растениям приспосабливаться к разным условиям, а для определения семейства нужно учитывать несколько признаков сразу.

У многих бобовых цветок устроен по мотыльковому типу. Один крупный верхний лепесток называют парусом, два боковых — вёслами, а два нижних обычно срастаются и образуют лодочку. Внутри лодочки находятся тычинки и пестик — части цветка, участвующие в образовании семян. Когда насекомое садится на цветок за нектаром, его вес может прижать лепестки и приблизить насекомое к тычинкам и пестику, поэтому строение цветка помогает опылению.

После опыления и оплодотворения из завязи пестика развивается плод, а из семязачатков — семена. У бобовых плод-боб образуется из одного плодолистика; по мере созревания его створки часто высыхают и раскрываются. У стручка, характерного для крестоцветных, семена прикреплены к внутренней перегородке, поэтому это другой тип плода, даже если снаружи он кажется похожим на боб. При сравнении важно смотреть не только на то, раскрывается ли плод, но и на его внутреннее устройство.

На корнях многих бобовых образуются небольшие клубеньки. В них живут бактерии, которые способны связывать азот воздуха и превращать его в соединения, доступные растению; само растение не усваивает атмосферный азот таким способом. Бактерии получают от растения органические вещества, нужные им для жизни, а также защищённое место. Такая взаимная выгода и составляет симбиоз, а азотсодержащие вещества могут попадать в почву с корнями и растительными остатками.

Бобовые важны в природе и хозяйстве благодаря разным свойствам. Горох, фасоль, чечевицу и сою выращивают для питания, а клевер, люцерну и некоторые другие виды используют на корм животным. Дикорастущие бобовые, например донник или мышиный горошек, входят в состав природных сообществ и служат пищей животным. Благодаря клубеньковым бактериям бобовые помогают обогащать почву соединениями азота, поэтому их учитывают при чередовании культур.

Признаки и представители семейства бобовых

Сравнивайте признаки в таблице вместе: отдельный признак может встречаться у растений разных семейств. Особенно полезно рассматривать строение цветка и плода, а затем проверять вывод по листьям. Примеры показывают распространённые варианты, но не исчерпывают всего разнообразия семейства.

Разбор задач

Задача 1

Рассмотрите растение с тройчатыми листьями, цветком с парусом, вёслами и лодочкой и плодом, раскрывающимся двумя створками. Определите семейство и назовите признаки, подтверждающие ответ. Решать задачу удобнее не по одному внешнему сходству, а по совокупности особенностей. Для этого отдельно проверим лист, цветок и плод.

1. Цветок с парусом, вёслами и лодочкой имеет мотыльковое строение.
2. Тройчатые листья подходят к признакам многих представителей бобовых, хотя не встречаются у каждого из них.
3. Раскрывающийся двумя створками плод подтверждает ответ, если это именно боб, развившийся из одного плодолистика.

Ответ: растение относится к семейству бобовых (мотыльковых). Главные подтверждения — мотыльковый цветок и плод-боб, а тройчатые листья служат дополнительным признаком. Чтобы не ошибиться, нужно отличить плод-боб от внешне похожего стручка.

Задача 2

У гороха образуются плоды, а у капусты — стручки. Объясните, чем различаются эти плоды и к каким семействам относятся растения. Оба плода могут раскрываться, поэтому одного этого свойства для сравнения недостаточно. Нужно выяснить, из какой части цветка образуется плод и как внутри расположены семена.

1. У гороха плод развивается из одного плодолистика и обычно раскрывается двумя створками — это боб.
2. У капусты плод-стручок имеет перегородку, к которой прикреплены семена; он также раскрывается створками.
3. Плод-боб указывает на семейство бобовых, а стручок капусты — на семейство крестоцветных.

Ответ: горох относится к бобовым, а капуста — к крестоцветным. Боб и стручок различаются внутренним строением, хотя оба могут быть вытянутыми и раскрывающимися. Значит, при определении растения следует проверять устройство плода, а не только его форму.

Задача 3

На участке выращивали бобовые, после чего почва стала пригоднее для выращивания другой культуры. Объясните возможную причину и роль корневых клубеньков. Такая перемена может быть связана с работой организмов, живших на корнях бобовых. Проследим, откуда берётся азот и как он оказывается в почве.

1. В корневых клубеньках бобовых обитают бактерии, связывающие азот из воздуха.
2. Бактерии превращают его в соединения, доступные растению; часть азотсодержащих веществ остаётся в корнях и растительных остатках.
3. После отмирания остатков эти вещества попадают в почву, что может улучшить условия для следующей культуры.

Ответ: вероятная причина — деятельность клубеньковых бактерий в симбиозе с бобовым растением. Растение получает соединения азота, а после разложения его остатков часть этих соединений пополняет почву. Поэтому бобовые используют в севообороте, но улучшение почвы зависит и от ухода за участком и других условий.

Типичные ошибки

Ошибка — называть бобом любой раскрывающийся плод. Её допускают, потому что боб и стручок могут быть похожи снаружи и раскрываются створками. Проверьте себя: боб развивается из одного плодолистика, а у стручка есть перегородка, к которой прикреплены семена.

Ошибка — считать, что листья всех бобовых тройчатые. Тройчатые листья хорошо знакомы по клеверу, но в семействе встречаются и другие формы и число листочков. Чтобы проверить себя, не делайте вывод по одному листу: рассмотрите также цветок и плод.

Ошибка — воспринимать парус, вёсла и лодочку как отдельные органы, не связанные друг с другом. Это лепестки одного венчика, получившие названия по своей форме и расположению. Проверьте себя: парус — крупный верхний лепесток, вёсла — боковые, а лодочку составляют два нижних сросшихся лепестка.

Ошибка — приписывать бобовому растению самостоятельное усвоение азота из воздуха. Азот связывают бактерии в корневых клубеньках, а растение получает от них доступные соединения. Проверьте себя: назовите отдельно работу бактерий и пользу растения; если сказать, что всё делает только растение, роль симбиоза потеряется.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужно знать основные части цветка и плода, а также помнить, что семя развивается из семязачатка. Эти знания помогают проследить, как после опыления образуются семена и плод. Сравнение признаков бобовых с другими семействами цветковых растений учит определять растения не по одному сходству, а по нескольким особенностям. Роль клубеньковых бактерий связана с круговоротом веществ, плодородием почвы и севооборотом: бобовые могут оставить в почве часть соединений азота.

Что запомнить

• Характерный плод бобовых — боб.
• Для многих бобовых типичен цветок мотылькового типа.
• Венчик такого цветка состоит из паруса, двух вёсел и лодочки.
• У разных представителей семейства форма листьев может различаться.
• На корнях бобовых могут образовываться клубеньки с бактериями.
• Симбиоз с клубеньковыми бактериями помогает бобовым получать доступный азот.
• Бобовые важны как пищевые и кормовые растения и способствуют обогащению почвы азотом.