Морфологическое описание растений с учётом филлотаксиса было предложено А. Braun и К. Schimper (1830) [Braun, 1830, Schimper, 1830]. На формирование органов растения по спирали было обращено внимание ещё Descartes (1638), который описал её как равностороннюю спираль. Разные авторы спиральное расположение органов на растении называли по-разному: логарифмическая (J. Bernoulli), геометрическая, пропорциональная, генетическая (Hofmeister, Airy) [Archibald, 1920].Начиная с работ W. Hofmeister (1868) и H. Airy (1873), в литературе принято рассматривать расположение не столько листьев, сколько их зачатков [Hofmeister, 1868, Airy 1873, Федоров, 1956, 1962]. На основании результатов, полученных при изучении филлотаксиса, современные исследователи пришли к заключению, что положение органов на растении имеет причинно-следственную связь, химического и механического происхождения [Adler, 1997, Jean 1995 – 1997]. В ботанической литературе чаще всего выделяют усреднённые типы листорасположения: мутовчатое, супротивное и очередное[Федоров, 1956, Дудка, 1984, Зиман, 2003], иногда – накрест супротивное [Stützel, 1998]. Кроме того, существуют: одностороннее, двустороннее дважды очередное и др.[Федоров, 1956, 1962]. При переходе к цветению происходит изменение функции побега, по причине химических изменений в организме растения, которые могут обуславливать изменения филлотаксиса и органов, которые развиваются из пазух листьев [Jean, 1995, 1998, Adler, 1999]. В современной отечественной ботанической литературе, как правило, выделяют следующие типы листорасположения: очередное, супротивное, мутовчатое, а также прикорневую розетку листьев (рис.2) [Зиман, 2004].
А Б В Г
Рис. 2. Схемы расположения листьев на побегах
А – очередное; Б – супротивное; В – мутовчатое; Г – прикорневая розетка листьев.
В состав цветка, как правило, входят чашелистики, которые образуют чашечку (Calуx), лепестки, образующие венчик (сorolla), тычинки (аndroceum) и пестик (gyneceum). Околоцветник может состоять из чашелистиков и лепестков, тогда его характеризуют как двойной; только из лепестков – простой венчиковидный, только из чашелистиков – простой чашечковидный (рис.3).
А Б В
Рис. 3. Примеры состава околоцветников
А – двойной:1 – чашечка, 2 – венчик,Б -простой венчиковидный, В – простой чашечковидный.
Если чашелистики и лепестки отсутствуют, то цветок характеризуют как голый.
По степени симметричности околоцветники подразделяютсяна: актиноморфный (правильный), если через него можно провести несколько плоскостей симметрии; зигоморфный (неправильный), если через него можно провести только одну плоскость симметрии, ассиметричный, если через него невозможно провести ни одной плоскости симметрии (рис.4).
А Б В
Рис. 4. Примеры строения околоцветника по степени симметричности
А - актиноморфный (правильный); Б - зигоморфный (неправильный); В – ассиметричный.
Элементы околоцветника могут быть свободными или срастаться (рис. 5).
А Б В
Рис. 5. Примеры строения околоцветника
А – свободнолепестный:1 – чашелистики свободные, 2 – лепестки свободные;Б -лепестки сросшиеся; В – простой свободнолистный околоцветник.
Морфологическую характеристику завязи проводят на основании её расположения относительно остальных элементов цветка. Если части цветка прикрепляются ниже завязи, то завязь верхняя, если выше – нижняя, если по-середине – полунижняя.
Соцветия растений отличаются наибольшим полиморфизмом, в связи с тем, что в процессе развития претерпевают трансформацию во времени и пространстве. Начало изучению соцветий, как единой морфологической структуры, характерной для представителей отдела Magnoliophyta (Angiospermae), было положеноLinnae (1751) [Linnae, 1751]. В дальнейшем сформировался ряд разноплановых подходов: физиономический, типологический ритмологический, модульный, комплементарный, концепция псевдоциклов. Основные понятия и принципы классификации соцветий в рамках физиономического подхода были сформулированы в работах ряда известных ботаников: Hofmeister, Roeper, Braun, Goebel, Hooker, Eichler и др. [Roeper, 1826, Braun, 1830, 1835, 1851, Hofmeister, 1868, Eichler, 1875, 1878, Goebel, 1889, 1913, Bentman, Hooker 1918]. В связи с тем, что для морфологии соцветий характерна многоаспектность, у различных авторов встречаются расхождения по выделению границ соцветия и определении принципов классификации соцветий. Roeper (1826), внёс предложение ввести единые принципы для морфологического описания соцветий и разделить их на группы: цимозные и рацемозные соцветия. По мнению Eichler (1875), целесообразно разделение соцветий на простые и сложные, а Goebel предлагает разграничивать соцветия на дорсовентральные и радиальные, исходя из направления их симметрии [Roeper, 1826, Eichler, 1875, 1878, Goebel, 1889, 1913]. Теоретические основы эволюции соцветий были сформулированы в работахCelakovský (1892), Parkin (1914), Zimmermann (1935, 1965), Riekett (1944), Stebbins (1950), А.Л. Тахтаджяна (1954), Cerceau-Larrival (1962) и др. [Celakovský, 1892, Parkin, 1914, Zimmermann, 1930, 1935, 1937, 1965, Croizat, 1964, Riekett, 1944, 1955, Stebbins 1950, Lawrence 1951, Payne 1963, Тахтаджян, 1954, 1980, 1991, Cerceau-Larrival, 1962, Claben-Bockhoff, 2001].
Задача любой классификации заключается в том, чтобы неупорядоченное множество объектов исследования сделать «обозримым» и «доступным» исследованию путем, разбиения его на сравнительно небольшое число подмножеств, обобщение которых может фиксироваться в общих понятиях [Розова, 1980]. Признаки, используемые для подразделения соцветий, очень разнообразны. В одних случаях они характеризуют структуру соцветия: соотношение длины междоузлий на оси соцветия, взаиморасположение цветочных осей и т.д., а в других – состав цветков, продолжительности цветения и т.д. Морфологические определения соцветий у разных авторов, как правило, перекликаются, но акцент делается на внешнем строении. Например, при описании соцветий Н.А. Монтеверде (1906) делает акцент на их структуре: «Колос состоит из стержня, на котором расположены сидячие цветки, кисть существенно отличается от колоса, тем, что на ней располагаются цветки приблизительно равной длины. Если нижние ножки длиннее, так что все цветки расположены приблизительно на одной высоте, то соцветие называется щиток. В кисти, при цветках, почти всегда находятся чешуйчатые кроющие листья и только у Крестоцветных их не бывает. Зонтик – это соцветие, в котором цветоножки приблизительно одинаковой длины выходят из одной точки стебля в радиальном направлении, если лучи ветвятся подобным образом, то образуется соцветие сложный зонтик. Зонтик, в котором цветки сидячие, называется головка. При расширении верхушки побега может образовываться общее цветоложе, на котором цветки близко расположены, а прицветники образуют обвертку, тогда такое соцветие называют корзинкой» [Монтеверде, 1906]. «Симподиальные соцветия характеризуют по мере их усложнения. Наиболее простым соцветием он считает дихазий (полузонтик), который образуется в результате развития цветков из пазухи супротивных листьев (или очерёдных прицветников), при дальнейшем разветвлении образуется сложный полузонтик, который имеет разный вид у растений с супротивными и очерёдными цветками. У растений с супротивными цветками ответвления равные и соцветие называют дихазием, а у соцветий с очерёдным листорасположением – разные, такое соцветие называют монохазием. Монохазий, в котором цветки расположены по одну сторону, называют завитком, а монохазий, у которого цветки расположены на стороне противоположной прицветнику – извилиной. Остальные формы соцветий – смешанного типа (составные)» [Монтеверде, 1906]. Термины сложное моноподиальное соцветие «метёлка» и сложное симподиальное соцветие «тирс» разграничены только теоретически, но практически отличия между ними остаются неясными [Фёдоров, 1979]. Отчасти, это связано с тем, что деление соцветий на простые и сложные по общепринятым критериям иногда может приводить к неясным ситуациям. Так, типичное соцветие метёлка в верхней части представляет собой простое соцветие (боковые оси являются цветоножками отдельных цветков), а в нижней части – сложное (боковые оси разветвлены), но это, же наблюдается и у соцветия тирс [Фёдоров, 1979, Кузнецова, 1991]. По этой причине в нашей работе при морфологическом анализе расположения цветков на растении термины «тирс» и метёлка имеют параллельное применение. Трактовка термина «головка» в ряде случаев может приводить к разночтениям, в одних случаях его используют для обозначения соцветий, у которых цветки расположены по типу зонтика, но имеют укороченные цветоножки [Дудка, 1985], а в других как синоним термина «корзинка» [Фёдоров, 1979]. Термин «клубок» также обозначает соцветия, имеющие расположение цветков по типу зонтика с укороченными цветоножками. Поэтому в нашей работе термины «клубок» и «головка» рассматриваются как синонимы. В этой связи целесообразно привести определения основных терминов, которые применяются для морфологического анализа семейств.
Соцветие (-ия) (inflorescentia (-ae)) – система видоизменённых побегов несущих цветки [Фёдоров, 1979].
Флоральная единица - совокупность цветков, которой заканчивается главная и боковые оси побегов [Кузнецова, 1991, 1992].
Соцветие простое (i. simplex) – неразветвлённое соцветие, в котором на главной оси размещаются одиночные цветки, а боковые оси не развиты [Зиман, 2004].
Соцветие сложное (i. composita) – соцветия, у которых боковые ответвления главной оси представляют собой более или менее разветвленную систему осей, конечные элементы которых заканчиваются цветком [Фёдоров, 1979].
Составныеили агрегатные, соцветия (i. complexae, i. аggregatae) – соцветия, у которых ветвление главной оси не соответствует природе парциальных соцветий: главная ось может ветвиться по типу кисти, зонтика или щитка, тогда как ответвления могут заканчиваться головкой, зонтиком, колосом и др. [Фёдоров, 1979].
Соцветие ограниченное (i. determinata), определенное (definita), закрытое (clausa), цимозное (cymosa), цимоидное (cymoidea), симподиальное (sympodialis) – соцветие, главная ось которого заканчивается цветком [Фёдоров, 1979];
Соцветие неограниченное (i. indeterminate), открытое (aperta), неопределённое (indefinita), ботрическое (botrysa), ботриоидное (botrioidea), моноподиальное (monopodialis), рацемозные (racemosus) – соцветие, главная ось которого может расти неопределённодолго [Фёдоров, 1979].
Кисть (racemus (botrys)) – простое соцветие, у которого междоузлия развиты, а цветок расположен на цветоножке [Фёдоров, 1979].
Метёлка (panicula) – сложное, очень разветвлённое ботрическое соцветие или разветвлённая кисть [Зиман, 2004].
Щиток (corymbus) – видоизмененная метелка с укороченными междоузлиями главной оси, с сильным развитием междоузлий паракладиев базальной мутовки, парциальные соцветия которых достигают уровня терминального цветка [Фёдоров, 1979].
Колос (spica) – соцветие, которое представляет собой производное кисти, отличающееся от неё сидячими цветками [Фёдоров, 1979].
Сережка (amentum) – поникшее колосовидное соцветие, преимущественно ассиметричное, на оси которого сидят отдельные однополые цветки или их группы; которые после отцветания опадают вместе со всем соцветием [Зиман, 2004].
Початок (spadix) – соцветие, которое является разновидностью колоса и отличается от него разросшейся осью соцветия [Фёдоров, 1979].
Зонтик (umbella) – соцветие, которое является производным, кисти, но в отличие от колоса, у которого укорочены цветоножки, у зонтика сокращается ось соцветия, вследствие этого все цветоножки и прицветники расположены на верхушке цветоноса [Фёдоров, 1979].
Сложный зонтик (umbella compositаe) – отличается от простого зонтика тем, что от верхушки укороченной оси в виде лучей отходят оси второго порядка, которые несут парциальные соцветия или зонтички [Зиман, 2004].
Корзинка (calathidium) - ботрическое или рацемозное соцветие, состоящее из плотноприлегающих друг к другу цветков на укороченной, часто блюдцевидно-расширенной оси, окружённой обёрткой из многих листочков [Зиман, 2004].
Монохазий (monochasium) - соцветие состоящее из двух цветков, один из которых развивается на верхушке (главного или бокового), а второй на его цветоносе.
Сложный монохазий (извилина, завиток) - соцветие, у которогопод цветком, завершающим главную ось соцветия, развивается одна ось соцветия.
Извилина (bostryx, cincinnus) - соцветие, у которого под верхушечным цветком цимоида ответвления повышающегося порядка отходят попеременно вправо и влево [Фёдоров, 1979].
Завиток, (улитка) (cincinnus, bostryx) - соцветие, у которогопод верхушечным цветком цимоида ответвления повышающего порядка отходят только с одной стороны [Фёдоров, 1979].
Дихазий (dichasium) -может состоять из 2 цветков, которые формируются паралелльно, или из 3 цветков, из которых один цветок занимает верхушечное положение, а два других формируются под ним, как правило, формируется у растений с супротивными листьями.
Сложный дихазий - цимозное соцветие, в котором главная ось заканчивается одиночным цветком, а боковые оси сильно развиты и равнозначны [Дудка и др. 1984].
Плейохазий (pleiochasium) - цимозное соцветие, в котором главная ось заканчивается одиночным цветком, ниже которого отходят несколько цветков.
Сложный плейохазий (pleiochasium) - сложное симподиальное соцветие, для которого характерно развитие одиночного верхушечного цветка на главной оси; ниже его отходят несколько осей второго порядка, перерастающих главную ось и развивающиеся параллельно.
Клубок(клубочек) (glomerulus) - цимозное соцветие со сближенными и скрученными цветками и плодами [Зиман, 2004].
Тирс (thyrsus) - называется сложное соцветие, у которого боковые соцветия цимоидного характера, разветвленность которых уменьшается по направлению к верхушке соцветия, и это придаёт соцветию пирамидальную форму [Фёдоров, 1979].
Схемы соцветий редставлены на рисунках 6, 8 а примеры соцветий на рисунках 7, 9.
А Б В Г Д Е Ж З
И К Л М Н О
Рис. 6. Схемы структуры простых соцветий
А–монохазий; Б – дихазий (из 2 цветков); В – дихазий (из 3 цветков); Г – плейохазий, Д – клубок (головка),
Е – З – кисть, И – зонтик, К - щиток, Л – М – колос, Н – початок; О – корзинка.
А Б В Г Д Е Ж
Рис. 7. Примеры простых соцветий
А–монохазий; Б – дихазий (из 2 цветков); В - Д – кисть; Е – зонтик; Ж – корзинка.
А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О
Рис. 8. Схемы структуры сложных соцветий
А – извилина; Б – завиток; В – сложный дихазий (из 2 осей); Г – сложный дихазий (из 2 осей и цветка в центре); Д – сложный плейохазий, Е – З - тирс (метелка), И – серёжка, К - сложный колос, Л - сложный зонтик, М - сложный клубок, Н - сложный щиток, О- сложный завиток.
Цветки на растениях могут располагаться одиночно (рис.10).
1. 2
Рис. 10. Примеры расположения одиночных цветков на побеге.
1 - на верхушке побега, 2 – в пазухе листа.
При выделении границы соцветия в ряде случаев может представлять сложности требуется использованием морфогенетических наблюдений так как развитеи цветков в соцветии формируются по направлению снизу ввех, а развитие боковых побегов по направлению сверху вниз [Кузнецова, 1989, 1991].
По составу цветки бывают обоеполые и однополые. Обоеполыецветки могут быть на одном и том же растении - однодомные (дуб, берёза, молочай, кукуруза) или на разных – двудомные (тополь, конопля). Если на растении встречаются как обоеполые так и однополые цветки (сложноцветные) – такие растения характеризуют как полигамные.
Для морфологической характеристики плода существенное значение имеют тип околоплодника и число семязачатков. Сочный околоплодник имеют ягодовидные и костянковидные плоды (у костянки один семязачаток, а у ягоды – множество) (рис.11). Сухой околоплодник имеют коробочковидные плоды (боб, коробочка, листовка, стручок, стручочек) и ореховидные (семянка, зерновка, крылатка) плоды. Ореховидные плоды имеют один семязачаток, а коробочковидные – множество семязачатков. Боб образован одним плодолистиком, а стручки и стручочки двумя. Стручочек имеет приблизительно равную длину и ширину, а у стручка длина в 3 – 4 раза превышает ширину.
1 2 3 4
Рис. 11. Примеры плодов
1 – ягода, 2 – костянка, 3 – орех, 4 – коробочка.
Определение растений семейств двудольных растений представлено в таблице 4, однодольных - в таблице 5.
Б 
В 
Г 
Б 
В 
Б 
В 
Б 
В 
Б 
В 
Г 
Д 
Е 
Ж 
З 
К 
Л 
М 
Н 
О 
Б 
В 
Г 
Д 
Е 
Ж 
Б 
В 
Г 
Д 
Е 
Ж 
З 
И 
К 
Л 
М 
Н 
О 
2 
3 
4 
2 
2 
3 
4 