9.3: Сімейства покритонасінних

Сім'ї - це великі групи в Королівстві Планти (рослини), які мають певні характеристики та мають спільного предка. Спочатку ці сім'ї визначалися виходячи з їх морфологічних характеристик (форми). Сьогодні ми можемо використовувати додаткові джерела даних, такі як дезоксирибонуклеїнова кислота (ДНК), для групування рослин у сім'ї та більш точної реконструкції еволюційних взаємозв'язків рослин. Видимі характеристики рослин (морфологія) все ще дуже корисні для ідентифікації рослин і можуть мати практичне застосування. Наприклад, деякі захворювання можуть вражати членів певної сім'ї, деякі сім'ї, як відомо, виробляють отруйні сполуки, або деякі сім'ї можуть мати специфічні вимоги до проростання, як у випадку з Orchidaceae. Чим більше ви дізнаєтеся про сімейства рослин та їх характеристиках, тим легше ідентифікувати рослини. Ви починаєте помічати, що знайоме вам рослина може мати схожі характеристики з іншими рослинами.

Тут ми розглянемо лише кілька прикладів сімейств рослин у групах монокот та евдікот (рис.\(\PageIndex{1}\)). Ці сім'ї були обрані завдяки різноманітності видів, культурному, екологічному та економічному значенню. Звичайно, ми рекомендуємо вам дізнатися про інші сімейства рослин; перераховані тут лише для того, щоб ви почали.

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Покритонасіннєве еволюційне дерево. Зверніть увагу, що це дерево спрощено і виключає деяку інформацію, наприклад, прикореневі групи та магноліїди. Він включає приклади сімей, про які ми будемо посилатися в цьому розділі. За DutraElliott ліцензується відповідно до CC BY-NC-SA 4.0 через Flickr.

Приклади сімейств монокотів

Орхідея

Orchidaceae - найбільше сімейство рослин з приблизно 28 000 видів (Christenhusz and Byng, 2016). Всі види є травами, але вони можуть бути як наземними, так і епіфітними. Наземні види орхідей в помірних зонах проводять частину свого життєвого циклу під землею і в певний час року листя можуть рости над землею і вони можуть цвісти і утворювати плоди. Цикл може тривати, коли рослина скидає листя і переходить у спокій протягом періоду року. У тропіках наземні види можуть рости цілий рік. Епіфітні види орхідей зустрічаються в тропічних і субтропічних середовищах. Вони використовують дерева для підтримки, не пошкоджуючи їх. Це важлива стратегія при вирощуванні в лісі, оскільки мало сонячного світла потрапляє на лісову підстилку. Ці рослини можуть рости високо в пологах дерев, де вони отримують користь від більшого сонячного світла та доступу до запилювачів.

Види орхідей дуже різноманітні, представляючи різні форми та кольори квіток. Дослідники пов'язують різноманітність видів Orchidaceae до спільної еволюції з запилювачами та грибами. Деякі види орхідей пропонують нектар як нагороду, а інші імітують форму комах або феромони, які обманюють комах, вважаючи, що квіти є їх партнером спаровування. Багато видів цього сімейства покладаються на конкретних тварин для запилення. Наприклад, ваніль (Vanilla planifolia), яка є родом з Мексики, запилюється місцевим видом бджіл. Коли рослина вирощується поза межами свого природного ареалу, як на Гаваях, для отримання плодових капсул рослинам потрібно ручне запилення (рис.\(\PageIndex{2}\)). Плоди ванілі - це частина рослини, яка використовується для виготовлення ванільного екстракту.

Гаваї має три місцеві види орхідей, всі вони зустрічаються на високих висотах. Всі вони наземні і швидше за все прибули сюди повітряними потоками. Немісцеві орхідеї дуже популярні на Гаваях, і багато виробників зосереджуються на розмноженні гібридів для садівничого ринку.

Загальні характеристики

Звичка: Або епіфітні, або наземні трави.

Квітка: Замість пелюсток та чашолисток орхідеї мають шість тіпалів, включаючи змінену губу. Пильовики згруповані в структуру, яка називається pollinia.

Фрукти та насіння: Плід - це капсула. Насіння дуже дрібні і не мають запасів їжі. Натомість вони покладаються на гриби для проростання (мікоризна асоціація). Коли насіння розсіюється з капсули, йому потрібно висадити на місце, де присутній специфічний грибок. Потім цей гриб вставляє свій міцелій у насіння і забезпечує його поживними речовинами. Насіння повністю залежить від гриба до тих пір, поки не зможе фотосинтезуватися. На малюнку 9 показані насіння орхідеї, які проростають спільно з мікоризою.

Листя: Листя часто прості з паралельними жилками (тобто типові характеристики монокотного листя).

Стебла: Всі види мають трав'янисті стебла. Стебла можуть бути як моноподіальними (рости з одного пагона, як у ванілі; рис.\(\PageIndex{2}\)), так і симподіальними (рости з нових пагонів, що виходять з основи кореневища). Багато видів мають спеціалізоване стебло під назвою псевдобульба, яке може зберігати воду та поживні речовини.

Інше: Епіфітні орхідеї мають на коренях веламен (спеціалізований епідерміс), який захищає відкриті коріння від пошкодження ультрафіолетом, дозволяючи кореню поглинати поживні речовини та воду безпосередньо з навколишнього середовища.

Малюнок\(\PageIndex{2}\): Ванільна планіфолія А) Ванільна квітка, Б) Ванільник, що запилює квіти вручну, В) Ванільні капсули, і D) Насіння орхідей і Е) Ембріони орхідей, що проростають за допомогою мікоризи. За DutraElliott ліцензується відповідно до CC BY-NC-SA 4.0 через Flickr.

Poaceae

Poaceae - п'ята за величиною сімейство рослин з 12 000 видів (Christenhusz and Byng, 2016), і включає деякі дуже важливі види для споживання людиною: кукурудзу, рис, пшеницю, ячмінь та просо, а також корми для тварин (кукурудза), будівельні матеріали (бамбук та трави для tatch) та біопаливо (етанол виготовлені з кукурудзи та цукрової тростини). Кілька видів трав були одомашнені тисячі років тому, і сьогодні вони відомі як злакові культури. Наприклад, кукурудза була одомашнена в центральній Мексиці близько 10 000 років тому (Tian et al., 2020). Родоначальником кукурудзи (дикого родича) є теосінт, велика трава. З моменту одомашнення кукурудза була взята по всьому світу, і зараз вона є однією з найважливіших культур у всьому світі.

Трави дуже важливі для екології природних середовищ існування. Луки можна знайти по всьому світу, підтримуючи різноманітні харчові мережі, як в африканських саванах. Трави також є важливими компонентами лісів, тундр, водно-болотних угідь і навіть у морських середовищах існування. Наприклад, морські трави забезпечують їжу та середовище існування для таких організмів, як ламантин Флориди, а також забезпечують розплідники для молодняка багатьох видів риб.

Полінезійці представили на Гаваї бамбук (ohe; Schizostachyum glaucifolium), який використовувався для виготовлення музичних інструментів (наприклад, носових флейт). Вони також ввели цукрову тростину (kō, Saccharum spp.). Трава пілі (Heteropogon contortus), яка є місцевим видом трави та важливим компонентом посушливих земель, використовувалася для солом'яних дахів. Навколишнє середовище Гаваїв не розвивалося з великими травоїдними тваринами, такими як велика рогата худоба, кози чи олені, тому корінні трави сильно постраждали від впровадження цих великих травоїдних тварин, а також введення немісцевих трав, які стали інвазивними. Рідні трави все ще важливі в рідному середовищі, будучи частиною підставою та вирішальними для боротьби з прибережною ерозією. Наприклад, трава акіакі (Sporobolus virginicus) є місцевим видом трави, який відіграє важливу роль у зменшенні ерозії прибережних середовищ на Гаваях.

Малюнок\(\PageIndex{3}\): Цукровий тростник/kō (Saccharum spp.). Однією з головних характеристик сімейства Poaceae є листова оболонка, основа листа, що оточує стебло. За DutraElliott ліцензується відповідно до CC BY-NC-SA 4.0 через Flickr.

Малюнок\(\PageIndex{4}\): Каріопсис: тип плодів у Poaceae. Ядра різних сортів кукурудзи (Zea mays). За DutraElliott ліцензується відповідно до CC BY-NC-SA 4.0 через Flickr.

Загальні характеристики

Звичка: Трави.

Квіти: Дрібні і нормально запилюються вітром. Квіти формуються в колосок, який складається з безлічі різних частин (глим і лема).

Плоди та насіння: Плід - каріопсис (рис.\(\PageIndex{4}\)), а насіння має одну сім'ядоль, як у інших монокотів.

Листя: Листя в нормі чергові і мають паралельні жилки. Підстава листа охоплює стебло рослини, створюючи «лист-оболонку», при цьому верхівка листа (пластинка) від'єднується до стебла (рис.\(\PageIndex{3}\)).

Стебла: Стебла порожнисті, крім вузлів.

Арекацее

Сімейство Arecaceae або пальмові налічує 2600 видів (Christenhusz and Byng, 2016). Це сімейство відоме своїми деревоподібними видами (пальмами), які населяють тропічні та субтропічні райони. Незважаючи на те, що пальми є монокотами, які не розвивають деревину, стебла цих видів надзвичайно міцні. Їх використовують для виготовлення меблів і музичних інструментів. Види також використовуються для їжі (наприклад, кокос, пальмовий цукор та серце пальми), солом'яний, а також вироби ручної роботи, такі як кошики та капелюхи. Багато видів пальм мають їстівні плоди, які вживаються в різних місцях. Наприклад, фініки (Phoenix dactylifera) вирощуються в сухих районах і входять до складу кухні Близького Сходу, Північної Африки і деяких частин Азії. Пальма Açaí (Euterpe oleracea) культивується в Амазонії, а її плоди використовуються для приготування дуже поживних та пікантних страв. Вона була основною частиною раціону місцевих жителів протягом століть. Нещодавно асаї став трендом здорового харчування у всьому світі, і зараз його їдять як солодке ласощі.

Гаваї мають неймовірну різноманітність місцевих пальм, з 22 ендемічними видами лулу (Pritchardia spp.; Рис.\(\PageIndex{5}\)). Більшість видів є рідними для конкретних островів або навіть конкретних гірських хребтів на острові. Великі листя цих видів використовувалися для солом'яних дахів і виготовлення кошиків та інших предметів. Стовбури використовувалися для будівництва. Незрілий плід (кістянка) використовувався в їжу (Hodel, 2012). Багато видів лулу в даний час знаходяться під загрозою зникнення або перераховані як зникаючі через пошкодження інвазивних тварин, таких як свині та щури. Щури поїдають плоди, впливаючи на здатність популяції до регенерації. У деяких районах можна зустріти старі дерева, але ніяких молодих рослин або саджанців немає. Це відбувається, коли щури видаляють всі життєздатні насіння, що робить неможливим встановлення нових сходів. Зрештою старі дерева гинуть, а популяція зникає з дикої природи. Свині також пошкоджують кору та кореневі системи, негативно впливаючи на старі рослини в популяціях.

Малюнок\(\PageIndex{5}\): Пальми Лулу (Pritchardia spp.). За DutraElliott ліцензується відповідно до CC BY-NC-SA 4.0 через Flickr.

Кокосова пальма (Cocos nucifera) дуже важлива в багатьох культурах. Плід можна використовувати як в їжу, так і для кокосового молока, клітковину можна використовувати для каната, а листя - для виробів. Нафта важлива для багатьох африканських (включаючи діаспору в Америці) та тихоокеанських острівних культур. Кокосове масло нещодавно почало використовуватися у всьому світі завдяки своїм харчовим перевагам. Полінезійці ввели кокос (niu) на Гаваї, і ця рослина була використана для цілей, описаних вище. Ця рослина вважається одним з найбільш універсальних рослин, так як кожна частина рослини має своє застосування (рис.\(\PageIndex{6}\)).

Малюнок\(\PageIndex{6}\): Кокосові нуцифери. А) Молодий кокос все ж прикріплюється до плодів. Б) Кокосове стебло, що показує стовбурові волокна. За DutraElliott ліцензується відповідно до CC BY-NC-SA 4.0 через Flickr.

Загальні характеристики

Звичка: Ліани (альпіністи) і деревовидні (пальми).

Квітки: Дрібні і симетричні з трьома пелюстками і трьома чашолистками. Квітки розташовані в суцвіття (скупчення квіток, що походять від основної гілки).

Плоди та насіння: кістянка з одним насінням всередині (іноді два).

Листя: Листя великі і або пальчасто-складні, або перисто-складені.

Стебла: Більшість поширених видів мають єдиний домінантний стебло, який не розгалужується. Хоча деякі види ростуть скупченнями. Як і в інших монокотах, стебла не дають деревини (вторинний ріст).

Приклади сімей Евдікотів

Фабакеа

Fabaceae, також відомий як сімейство бобових або бобових, є дуже важливою сімейством рослин, що налічує приблизно 19 500 видів. Багато членів цього сімейства здатні рости на ґрунтах з низьким рівнем поживних речовин, оскільки вони здатні утворювати кореневі бульби та розміщувати бактерії, що фіксують азот, що робить їх важливою культурою в районах з поганим грунтом. Fabaceae також відомі тим, що дуже багаті білком, що робить його основним продуктом харчування в багатьох дієтах. Рослини цієї родини важливі для людської їжі (квасоля, сочевиця, горох, квасоля, соя), корму великої рогатої худоби (наприклад, Leucaena) та як покривні культури (види, які висаджуються для зміцнення здоров'я ґрунту на фермі). Кілька видів цього сімейства відомі своїми твердими лісами, що робить їх важливими як джерело пиломатеріалів.

У цьому сімействі на Гаваях є кілька місцевих видів (рис.\(\PageIndex{7}\)). До них відносяться коа (Acacia koa; Рис.\(\PageIndex{8}\)), Вілівілі (Erythrina sandwicensis) та мамане (Софора хризофілла; Малюнок\(\PageIndex{7}\)). Деревина коа високо цінується і її використовують для виготовлення меблів, прикрас та мистецтва. Деревина мамане використовувалася для домашніх стовпів, парканів та палиць для копання (о'о), а насіння використовується для виготовлення леїв (рис.\(\PageIndex{9}\)). На Мауна-Кеа птах паліла (Loxioides balleui) залежить від насіння цієї рослини як джерела їжі, а рослин як гніздового та гніздового середовища проживання. У стародавні часи корінні гавайці використовували wiliwili для виготовлення дощок для серфінгу, оскільки деревина плавуча. Красиво забарвлені насіння використовуються при виготовленні леїв (рис.\(\PageIndex{10}\)).

Малюнок\(\PageIndex{7}\): Різноманітність квітів в сімействі Fabaceae. Це приклади трьох підсімей фабіоїдів. А) Зелена квасоля квітка (Phaseolus vulgaris, підродини Faboideae), Б) Дерево орхідеї (Bauhinia variegata; Підродина Cercicoideae), C) Квітка мавпи стручок (Самани Самани; підродина Caesalpinioideae), D) Мамане (Sophora chrysophylla, підродини Faboideae) і Е) Вілівілі (Erythrina sandwicensis, підродина Faboideae). За DutraElliott ліцензується відповідно до CC BY-NC-SA 4.0 через Flickr.

Малюнок\(\PageIndex{8}\): Коа (Акація коа). За DutraElliott ліцензується відповідно до CC BY-NC-SA 4.0 через Flickr. Ця робота є похідною від оригінального твору Форест і Кім Стар CC-BY 2.0 через Wikimmons. Змінено для об'єднання фотографій та включення міток.

Малюнок\(\PageIndex{9}\): Мамане (Sophora chrysophylla) насіння лей. За DutraElliott ліцензується відповідно до CC BY-NC-SA 4.0 через Flickr.

Малюнок\(\PageIndex{10}\): Насіння вілівілі (Erythrina sandwicensis). За DutraElliott ліцензується відповідно до CC BY-NC-SA 4.0 через Flickr.

Загальні характеристики

Звичка: Трави, чагарники, дерева, ліани та ліани.

Квітка: Квіти дуже різноманітні, варіюючись серед шести підсімей цього сімейства. Три найпоширеніших типу квітки можна побачити на малюнку 14. Горохоподібні квіти знаходяться в підродині Faboideae. Квіти з декількома тичинками і дуже маленькими пелюстками (як у стручка мавпи; рис. 14) можна знайти в підродини Caesalpinioideae. Здалеку вони можуть виглядати як листкові кульки. Квіти дерева орхідеї (Bauhinia variegata) великі і барвисті з п'ятьма пелюстками і знаходяться в підродині Cercicoideae.

Фрукти та насіння: Більшість фруктів - це бобові або часточки. Насіння бобоподібне.

Листя: чергові і цілі. З'єднання.

Стебла: Стебла можуть бути трав'янистими або деревними.

Інше: Бульби на коренях містять бактерії, що фіксують азот.

пасльонові

Пасльонові також відомі як сімейство пасльонових і налічує близько 2600 видів (Christenhusz and Byng, 2016). Багато видів отруйні, а інші мають лікарське та декоративне застосування. Наприклад, беладонна/смертельний паслін (Atropa belladonna) дуже токсична і викликає галюцинації при попаданні всередину, оскільки містить кілька алкалоїдів. Декоративна рослина, яка зазвичай зустрічається на Гаваях і надзвичайно отруйна, - це труби ангела (Brugmansia sp. ). Ця рослина використовується як психоактивний напій в ритуалах в деяких культурах Південної Америки і викликає галюцинації. Він був введений на Гаваї в 1800-х роках з Південної Америки і можна побачити, як росте в садах. Тютюн (Nicotiana sp.) теж є в цьому сімействі. Це може викликати сильне звикання, оскільки містить алкалоїд нікотин, який є стимулятором.

У цьому сімействі багато рослин, які не є токсичними. Наприклад, багато видів сільськогосподарських культур, такі як бульби картоплі, помідори, перець та баклажани, використовуються в кухнях по всій земній кулі. Картопля, помідори та перець родом з Америки, де вони були вперше одомашнені, і були введені на решту земної кулі після європейського контакту (рис.\(\PageIndex{11}\)). Наприклад, помідори були вперше одомашнені в Мексиці і були завезені в Європу після того, як іспанці колонізували Америку в 16 столітті. Зараз це знакова складова кількох європейських кухонь. Важко уявити італійську їжу без помідорів або навіть перцю, але тільки після того, як європейці привезли ці культури назад з Америки, вони були введені в Італію. Те ж саме стосується перців в будь-якій точці Азії. Тайська їжа не мала гарячого чилі, поки вони не були введені з Америки.

Загальні характеристики

Звичка: Трави, чагарники, дерева і ліани.

Квіти: Квіти мають п'ять пелюсток і п'ять чашолистків. Тичинки також зустрічаються кратними п'яти і можуть зливатися навколо маточки, утворюючи колону (рис.\(\PageIndex{11}\) А).

Фрукти та насіння: Плоди - це або ягоди, або капсули.

Листя: Часто мають колючки.

Стебла: Стебла в цій сім'ї дуже різноманітні через різні звички росту.

Інші: Багато видів отруйні, а багато їстівних одомашнених культур (наприклад, помідори, перець, баклажани та картопля).

Малюнок\(\PageIndex{11}\): Приклади рослин пасльонових: А) Помідор (Solanum lycopersicum) квітка із зрощеними тичинками, B) Плоди томатів (ягоди) та C) Плоди перцю (Capsicum annuum). За DutraElliott ліцензується відповідно до CC BY-NC-SA 4.0 через Flickr.

складноцвіті

Asteraceae, також відомий як сімейство соняшнику, налічує 24 700 видів (Christenhusz and Byng, 2016). Види цього сімейства можуть рости в широкому діапазоні середовищ, але найчастіше вони зустрічаються в сухих районах і пустель, включаючи зони високих висот. На Гаваях, наприклад, ахінахіна або сріблястий меч (Argyroxiphium сендвіч-сендвіч subsp. macrocephalum) росте біля вершини Халеакала на висоті приблизно 3000 метрів (10 000 футів). Рослина має листя з пухнастими волосками (трихоми) для захисту рослини від сонця і вітру (рис.\(\PageIndex{12}\)).

Малюнок\(\PageIndex{12}\): Срібний меч Халеакала (Argyroxiphium subsp. макроцефалія). А) квіти і Б) Тіло рослини. За DutraElliott ліцензується відповідно до CC BY-NC-SA 4.0 через Flickr.

У цій сім'ї є багато економічно важливих видів, які використовуються для виготовлення олії (наприклад, соняшникової), чаїв та ліків (наприклад, ромашки, ехінацеї). У їжу використовують кілька видів: салат (Lactuca sativa), артишок (Cynara cardunculus var. scolymus) та соняшник (Helianthus annuus). У цьому сімействі є багато декоративних видів та сортів, включаючи чорнобривці (Tagetes spp.), хризантему (Chrysanthemum spp.), цинію (Zinnia spp.) та жоржини (Dahlia spp.), які дуже важливі для садівничої промисловості.

Asteraceae мають дуже характерні квітки. Вони згруповані в скупчення, звані головами або капітулами, які складаються з десятків, а іноді і сотень окремих дрібних квіток (рис.\(\PageIndex{13}\)). Існує два основних види квітів, що складають голову. Лучеві квіти знаходяться на зовнішній стороні головок з пелюстками на самій зовнішній стороні. Дискові квіти, з іншого боку, знаходяться у внутрішній частині голови. Це розташування, ймовірно, еволюціонувало для залучення запилювачів.

Загальні характеристики

Звичка: В основному трави, але також чагарники та дерева.

Квітка: Суцвіття (скупчення квітів) ефектні, а квіток багато і упаковані в голови. Одиночна квітка може потрапляти на один з трьох різних видів: дискові суцвіття, променеві суцвіття і язичкові суцвіття (рис.\(\PageIndex{13}\)).

Фрукти та насіння: сім'янка.

Листя: Листя можуть розташовуватися по-різному на стеблах залежно від виду (протилежні, чергові або мутовчасті).

Стебла: Стебла найчастіше трав'янисті.

Малюнок\(\PageIndex{13}\): CA) Головка соняшнику з багатьма окремими квітами, Б) Крупним планом голови соняшнику з променевими квітами на зовнішній стороні голови, і С) Ціннія з дисковими квітками в центрі голови. За DutraElliott ліцензується відповідно до CC BY-NC-SA 4.0 через Flickr.

Міртові

Це сімейство має багато важливих їстівних видів на Гаваях, таких як гуава, полунична гуава та гірське яблуко/' ohi'a 'ai (рис.\(\PageIndex{14}\)). Сьогодні в цьому сімействі існує 5950 видів у всьому світі. Пелюстки на квітках можна зменшити, а тичинки численні, надаючи квітці пухнастий вигляд (рис.\(\PageIndex{14}\)). Деякі види сімейства є важливими джерелами деревини (наприклад, евкаліпт spp.). Деякі види цього сімейства виробляють ефірні олії (наприклад, запашний перець; Pimenta dioica). Одним з найважливіших місцевих видів лісів на Гаваях є ōhiâ a, Metrosideros polymorpha, який належить до цього сімейства (рис.\(\PageIndex{14}\) D). Рідні птахи залежать від своїх квітів для нектару, вони відіграють важливу роль вододільних лісів, а також мають дуже важливе культурне значення.

Малюнок\(\PageIndex{14}\): Гірське яблуко/ 'ohi'a 'ai (Syzygium malaccense) плоди, B) Квіти, C) Гуава (Psidium guajava), D) 'ōhi'a (Metrosideros polymorpha). За DutraElliott ліцензується відповідно до CC BY-NC-SA 4.0 через Flickr.

Загальні характеристики

Звичка: Деревні дерева і чагарники.

Квіти: Квіти мають п'ять пелюсток, але вони часто зменшені, з численними різнокольоровими тичинками (рис.\(\PageIndex{14}\) D).

Фрукти та насіння: Плоди - це капсули або ягоди.

Листя: Ефірні масла присутні в листі деяких видів.

Стебла: Стебла дерев'янисті.