Половое размножение растений
В половом размножении принимают участие, как правило, две родительские особи, каждая из которых участвует в образовании нового организма, внося лишь одну половую клетку — гамету (яйцеклетку или сперматозоид).
В результате слияния гамет образуется оплодотворенная яйцеклетка — зигота, несущая наследственные задатки обоих родителей, благодаря чему резко увеличивается наследственная изменчивость потомков. В этом заключается преимущество полового размножения перед бесполым.
Низшие многоклеточные организмы наряду с бесполым размножением могут также размножаться и половым путем. У нитчатых водорослей одна из клеток претерпевает несколько делений, в результате чего образуются маленькие подвижные гаметы одинакового размера с вдвое уменьшенным числом хромосом.
Гаметы затем попарно сливаются и образуют одну клетку, а из нее впоследствии развиваются новые особи. У более высокоорганизованных растений и животных половые клетки не одинаковы по величине.
Одни гаметы богаты запасными питательными веществами и неподвижны — яйцеклетки; другие, маленькие, подвижные — сперматозоиды. Гаметы образуются в специализированных органах — половых железах. У высших животных женские гаметы (яйцеклетки) образуются в яичниках, мужские (сперматозоиды) — в семенниках.
Образование половых клеток (гаметогенез) у водорослей, многих грибов и высших споровых растений происходит путем митоза или мейоза в специальных органах полового размножения: яйцеклеток — в оогониях или архегониях, сперматозоидов и спермиев — в антеридиях.
Размножение растений
Одно из обязательных свойств живых организмов — воспроизведение потомства (размножение). Размножение связано с последующим расселением растений. По словам В. И. Вернадского, размножение и расселение, т. е. растекание жизни — важнейший биологический фактор нашей планеты.
При размножении увеличивается численность особей данного вида. Термин «воспроизведение» отражает качественную сторону. Численность особей в результате воспроизведения иногда может сокращаться (диатомовые водоросли).
Размножение как свойство живой материи, т.е. способность одной особи дать начало себе подобной, существовало и на ранних этапах ее развития.
Эволюция жизни шла параллельно эволюции способов размножения.
Формы размножения растений можно разделить на два вида: бесполое и половое.
Собственно бесполое размножение осуществляется с помощью специализированных клеток — спор. Они образуются в органах бесполого размножения — спорангиях в результате митотического деления. Спора при своем прорастании воспроизводит новую особь, сходную с материнской, за исключением спор семенных растений, у которых спора утратила функцию размножения и расселения.
Бесполое размножение осуществляется без участия половых клеток, с помощью спор, которые формируются в специализированных органах — спорангиях win зооспорангиях.
Внутри спорангия происходит редукционное деление и наружу высыпаются одноклеточные споры, или зооспоры (со жгутиками). Большинство низших растений размножается спорами (водоросли), из высших споровых — моховидные, плауновидные, хвощевидные, папоротниковидные.
Размножение растений с помощью вегетативных органов (частью побега, листом, корнем) или делением одноклеточных водорослей пополам и т.д. называется вегетативным (рис. 134). Оно широко используется в сельском хозяйстве, особенно при размножении сортового материала, где необходимо сохранить материнские признаки сорта. Так, многие культуры хорошо размножаются с помощью одревесневших и зеленых черенков (облепиха, лимонник, актинидия, черная смородина и др.), другие плодовые (яблоня, груша, черешня, абрикос и др.) — прививкой сортовых черенков в крону дикорастущих сеянцев.
Луковичные растения размножают луковицами (тюльпаны, гиацинты, гладиолусы и др.); многие многолетние травянистые растения разводят корневищами (ландыш, купена, люпин многолетний, спаржа и др.), корнеклубнями (георгины, топинамбур и др.).
Некоторые растения размножаются с помощью поросли (арония черноплодная, облепиха крушиновидная, малина обыкновенная и др.) или отводками (земляника садовая, крыжовник и др.).
Половое размножение осуществляется специальными половыми клетками — гаметами. Гаметы образуются в результате мейоза, они бывают мужские и женские. В результате их слияния появляется зигота, из которой в дальнейшем развивается новый организм. Растения различаются типами гамет. У некоторых одноклеточных организм в определенный период функционирует как гамета. Разнополые организмы (гаметы) сливаются.
Такой половой процесс называется хологамией. Если мужские и женские гаметы морфологически сходны, подвижны, это изогаметы, а половой процесс называется изогамией (см. рис. 160, Б, 2). Если женская гамета несколько крупнее и менее подвижна, чем мужская, то это гетерогаметы, а половой процесс называется гетерогамией (рис. 160, Б, 3). Более совершенна в эволюционном плане оогамия (рис. 160, Б, 5), при которой женские гаметы довольно крупные и неподвижные, а мужские — мелкие и подвижные.
Женская гамета называется яйцеклеткой, а гаметангий, в котором образуется яйцеклетка, у низших
Рис. 134. Вегетативное размножение зародышевых растений: А — корневыми отпрысками у яблони; Б — отводками у черной смородины; В — листовыми черенками у толстянки; Г — выводковыми почками (клубеньками) у папоротника растений (водорослей) называется оогонием, а у высших — архегонием.
Мужские гаметы — сперматозоиды — обладают жгутиками.
У большинства семенных растений мужские гаметы утратили жгутики и называются спермиями. Гаметангии, в которых образуются сперматозоиды, именуются антеридиями.
Большинство растений обладают всеми способами размножения, однако для многих водорослей, высших споровых и семенных растений характерно чередование бесполого и полового типа размножений. На бесполом поколении в спорофите, или диплобионте (2л), в результате созревания спор, а затем редукционного деления образуются споры (п), а на половом поколении — гаметофите — женские и мужские гаметы (п), которые при слиянии образуют зиготу (2л).
Из нее опять вырастет спорофит (2л), т. е. чередование поколений происходит со сменой ядерных фаз.
Чередование фаз развития
Установлено чередование фаз развития у разных систематических групп растений. Удалось выяснить общую закономерность: спорофит лучше развивается и становится самостоятельным; гаметофаза, наоборот, все более редуцируется и полностью теряет свою самостоятельность и зависит от спорофита (голосеменные и покрытосеменные растения). В эволюции полового размножения редукция гаметофита имела прогрессивное значение, что привело к образованию новых зачатков размножения и распространения — семян и плодов.
Наиболее примитивный цикл развития у мхов. Только у них среди высших растений можно видеть хорошо развитый самостоятельный гаметофит (см. рис. 169).
У плаунов, хвощей, папоротников по продолжительности жизни преобладает спорофит, а гаметофит представлен слоевищем (заростком).
У перечисленных растений половой процесс и гаметофаза служат для воспроизведения спорофазы, а спорофаза, хотя и недолго, но все же зависима от гаметофазы.
Большая приспособленность к условиям наземного существования связана с жизненным циклом голосеменных и покрытосеменных растений.
Специфика жизненного цикла голосеменных растений выражена в строении семязачатка и превращении его в семя. Мегаспора этих растений полностью утратила функцию зачатка размножения и распространения.
Мужской гаметофит (пыльца) в условиях отсутствия водной среды приобретает новое значение: с помощью пыльцевой трубки доставляет гаметы к яйцеклетке. Мужские гаметы — спермин — неподвижны. Таким образом, смена поколений спорофита и гаметофита у голосеменных растений существенно отличается от предыдущих групп растений, так как половое поколение — мужской гаметофит (пыльцевое зерно) и женский гаметофит (первичный эндосперм) — в значительно редуцированном состоянии заключено в тканях спорофита и полностью зависят от него.
Жизненный цикл у покрытосеменных растений существенно отличается от жизненного цикла предыдущих групп растений. Женский гаметофит покрытосеменных сильнее редуцирован, чем гаметофит голосеменных.
Это зародышевый мешок. Архегонии отсутствуют. Оплодотворение двойное (один спермий оплодотворяет яйцеклетку, другой — вторичное ядро зародышевого мешка). Эндосперм тришюидный.
Рис. 135. Жизненный цикл покрытосеменных на примере кукурузы: 1-6 — развитие спорофита; 7- 11- развитие гаметофита: 7 — зигота; 2 — зародыш семени; 3 — проросток; 4 — взрослое растение; 5 — тычиночный цветок; 6 — разрез зачатка; 7, 8 — развитие микроспор; 9, 10 — развитие мужского гаметофита; 11, 12 — образование макроспор; 13-16 — развитие женского гаметофита; 17 — начало полового процесса
Таким образом, у покрытосеменных растений хотя и происходит смена поколений — спорофита и гаметофита, однако мужской и женский гаметофиты редуцированы еще больше — до нескольких клеток, находящихся в тканях цветка спорофита.
Спорофит же — обычные, хорошо знакомые нам деревья, кустарники и травы (рис. 135).
Развитие половых клеток у растений
В половом размножении принимают участие, как правило, две родительские особи, каждая из которых участвует в образовании нового организма, внося лишь одну половую клетку — гамету (яйцеклетку или сперматозоид).
В результате слияния гамет образуется оплодотворенная яйцеклетка — зигота, несущая наследственные задатки обоих родителей, благодаря чему резко увеличивается наследственная изменчивость потомков. В этом заключается преимущество полового размножения перед бесполым.
Низшие многоклеточные организмы наряду с бесполым размножением могут также размножаться и половым путем.
У нитчатых водорослей одна из клеток претерпевает несколько делений, в результате чего образуются маленькие подвижные гаметы одинакового размера с вдвое уменьшенным числом хромосом. Гаметы затем попарно сливаются и образуют одну клетку, а из нее впоследствии развиваются новые особи.
У более высокоорганизованных растений и животных половые клетки не одинаковы по величине. Одни гаметы богаты запасными питательными веществами и неподвижны — яйцеклетки; другие, маленькие, подвижные — сперматозоиды. Гаметы образуются в специализированных органах — половых железах. У высших животных женские гаметы (яйцеклетки) образуются в яичниках, мужские (сперматозоиды) — в семенниках.
Образование половых клеток (гаметогенез) у водорослей, многих грибов и высших споровых растений происходит путем митоза или мейоза в специальных органах полового размножения: яйцеклеток — в оогониях или архегониях, сперматозоидов и спермиев — в антеридиях.
Гаметогенез
Гаметогенез — это процесс образования зрелых половых клеток.
У покрытосеменных растений образование мужских половых клеток происходит в тычинках, а женских — в пестиках.
Развитие пыльцевых зерен
Микроспорогенез — формирование микроспор в пыльниках тычинок.
В процессе мейотического деления материнской клетки образуются четыре гаплоидные микроспоры.
Микрогаметогенез — образование мужских половых клеток.
Микрогаметогенез сопряжен с единственным митотическим делением микроспоры, дающим мужской гаметофит из двух клеток — крупной вегетативной (сифоногенной) и мелкой генеративной.
После деления мужской гаметофит покрывается плотными оболочками и образует пыльцевое зерно.
В некоторых случаях еще в процессе созревания пыльцы, а иногда только после переноса на рыльце пестика генеративная клетка делится митотически с образованием двух неподвижных мужских половых клеток — спермиев.
Из вегетативной клетки после опыления формируется пыльцевая трубка, по которой спермии проникают в завязь пестика для оплодотворения.
Развитие зародышевого мешка из яйцеклетки
Мегаспорогенез — образование мегаспор у растений
В результате мейотического деления из материнской (археспоральной) клетки нуцеллуса образуются четыре макроспоры, три из которых погибают, а одна становится мегаспорой.
Мегагаметогенез — развитие женских половых клеток у растений в завязи пестика.
Мегаспора три раза делится митотически, формируя женский гаметофит — зародышевой мешок с восемью ядрами.
При последующем обособлении цитоплазм дочерних клеток одна из образовавшихся клеток становится яйцеклеткой, по бокам от которой лежат так называемые синергиды, на противоположном конце зародышевого мешка формируются три антипода, а в центре слияния двух гаплоидных ядер образуется диплоидная центральная клетка.
