Жизнедеятельность живого организма невозможна без размножения. Посредством
размножения происходит увеличение числа особей в растительном мире. Существует
три способа размножения растений - вегетативное, бесполое и половое.
Половое размножение принципиально отличается от вегетативного и бесполого.
Половой процесс в растительном мире крайне разнообразен и часто очень сложен, но
по существу сводится к слиянию двух половых клеток (гамет) - мужской и женской.
Гаметы возникают в определенных клетках или органах растений. В некоторых
случаях гаметы одинаковы по размерам и форме и обе обладают подвижностью
благодаря наличию жгутиков (изогамия); иногда они несколько отличаются друг от
друга по размерам (гетерогамия). Но чаще - при так называемой оогамии - размеры
гамет резко различны: мужская гамета, называемая сперматозоидом, небольшая,
подвижная, а женская - яйцеклетка - неподвижная и крупная.
Процесс слияния гамет называется оплодотворением. Гаметы имеют в своем ядре по
одному набору хромосом, а в образовавшейся после слияния гамет клетке, которая
называется зиготой, число хромосом удваивается. Зигота прорастает и дает начало
новой особи растения.
Половой процесс осуществляется у растений в определенное время и на
определенном этапе его развития, на протяжении которого растение может
размножаться также и бесполым путем (с образованием спор), и вегетативно.
Половое размножение возникло в растительном мире в процессе эволюции.
Половое размножение растений (размножение семенами) применяется в садоводстве при выращивании подвоев (сеянцев), редко при размножении некоторых косточковых пород (абрикоса, персика, иногда вишни) и в широких размерах при выведении новых сортов путем скрещивания.
Оплодотворение происходит в цветке растения. Цветки появляются тогда, когда растение достаточно разовьется и достигнет определенного периода жизни. Цветок - это побег с укороченными междоузлиями, листья которого видоизменились и превратились в отдельные части цветка, прикрепленные к цветоложу, которое и представляет собой укороченный стебель. Цветок обыкновенно имеет цветоножку, которая представляет собой нижнюю часть цветочного побега.
Для семенных растений характерно, что мегаспоры, образующиеся по одной в мегаспорангиях, остаются вместе с ними на материнском растении; там же происходит прорастание мегаспор, развитие женского гаметофита, оплодотворение мужскими гаметами, развивающимися в прорастающей микроспоре, так или иначе переносимой на мегаспорангии или на производящий его лист - мегаспорофилл. Сейчас же после оплодотворения начинается развитие из зиготы нового растения - спорофита, причем в отличие от папоротников и др. сохранившийся и видоизменившийся мегаспорангии превращается в семя, содержащее зародыш и запасы питательных веществ для его дальнейшего развития. Это семя, отделившись от материнского растения, у большинства после некоторого периода покоя (перерыв в развитии) прорастает в новое растение. Для рассеивания, распространения растения служат, следовательно, не споры, как у типичных споровых растений, а семена; бесполого размножения спорами нет, чередование поколений выражено неясно и выявляется лишь путем сравнительно-морфологических и цитологических исследований.
Спорофиллы покрытосеменных растений, тесно скученные на концах побегов и у большинства окруженные еще метаморфизированными верхушечными листьями, образуют вместе с ними цветок; мы можем охарактеризовать его как укороченный побег, листья которого метаморфизированы в связи с половым размножением, происходящим здесь же в цветке. Спорофиллы резко дифференцируются на микроспорофиллы, производящие микроспоры, и мегаспорофиллы, производящие мегаспоры; при поверхностном знакомстве кажется, что они исполняют половые функции. Вследствие стушевывания чередования поколений и сильной редукции гаметофитов, не ведущих самостоятельного образа жизни, получается представление, что половым путем размножается само растение - спорофит. Поэтому часто, но неточно цветок называют органом полового размножения растений, микроспорофиллы - мужскими половыми органами, мегаспорофиллы - женскими половыми органами. С точки зрения сравнительной морфологии и гомологизации отдельных частей цветка это является неправильным.
Терминология отдельных частей цветка была выработана еще в то время, когда о гомологизации частей цветка с соответствующими органами высших споровых растений не могло быть и речи (впервые такая гомологизация была произведена в работах выдающегося немецкого ботаника Гофмейстера в 50-х годах прошлого столетия). Поэтому части цветка получили особые названия, удерживаемые за ними по привычке и в настоящее время. Микроспорофиллы называют тычинками, микроспорангии - пыльцевыми гнездами, микроспоры - пылинками, мегаспорофиллы - плодолистиками, мегаспорангий - семяпочкой, женский заросток - зародышевым мешком. Верхушечные листья там, где они окружают спорофиллы, носят название околоцветника, с подразделением его у многих растений на наружную, обычно зеленую чашечку и внутренний, обычно более крупный и иначе окрашенный венчик.
Половое размножение покрытосеменных растений
Прорастание пыльцы. Пыльца, созревающая в пыльниках, похожа на крошечные
зёрнышки. Поэтому она и получила название – пыльцевое зерно. Попав на рыльце
пестика, пыльцевое зерно начинает прорастать и образует длинную трубочку –
пыльцевую трубку.
Постепенно трубка проходит между клетками рыльца, столбика и достигает семязачатка.
В отличие от пыльцы насекомоопыляемых растений, имеющей разнообразные шипики и выросты, пыльца ветроопыляемых растений – мелкая, лёгкая, гладкая. Как же она удерживается на рыльце пестика и не сдувается ветром, не сбрасывается снующими в цветке насекомыми? Оказывается, рыльце пестика выделяет липкое, сахаристое вещество, которое и заставляет пыльцу прилипать к пестику. Считается также, что пестик выделяет определённое вещество, которое специфично для пыльцы данного вида растения и, которое препятствует развитию чужой пыльцы.
Не только пестик оказывает влияние на прорастание пыльцы, но и пыльца влияет на пестик. Прорастающая пыльца также выделяет особые вещества, которые вызывают разрастание завязи, и других частей цветка в плод. Поэтому у многих растений рост плодов происходит тем лучше, чем больше пыльцы попадает на рыльце.
Строение семязачатка и оплодотворение. Итак, в завязи пестика есть один или несколько семязачатков. Снаружи семязачаток окружён покровами, которые в одном месте не смыкаются, образуя пыльцевход. Внутри семязачатка находится зародышевый мешок, который содержит несколько клеток. Наиболее важное значение имеют центральная клетка и яйцеклетка.
Половые клетки называют гаметами. Соответственно, яйцеклетка – это женская гамета, а спермии – мужские гаметы.
Когда пыльцевая трубка через пыльцевход проникает в зародышевый мешок, то один из спермиев сливается с яйцеклеткой. Слияние двух половых клеток – яйцеклетки и спермия – называют оплодотворением. В результате оплодотворения образуется зигота (от греч. zygote – соединенная в пару). Второй спермий сливается с центральной клеткой. Получается, что два одинаковых спермия сливаются с двумя совершенно разными клетками. Этот процесс происходит только у цветковых растений. Открыл, описал и объяснил этот процесс русский учёный С. Г. Навашин. Он назвал его двойным оплодотворением.
Образование семени и плода. После оплодотворения зигота многократно делится и образует зародыш. В зародыше хорошо различимы зародышевый корень, зародышевый стебель и почка (побег). Если семязачатков в завязи было много, то и семян в плоде будет много.
Одновременно с образованием семян разрастается и стенка завязи. Из неё образуется плод или, правильнее сказать, стенки плода – околоплодник. В цветках с несколькими пестиками разрастаются завязи каждого пестика. Они могут оставаться свободными, а могут срастаться. У многих растений в образовании плодов участвуют и другие части цветка (яблоко, земляника).
Центральная клетка, слившись со спермием, также много раз делится и образует эндосперм. Эндосперм – это особая ткань, в клетках которой накапливаются запасы питательных веществ, необходимых для развития зародыша. Из покровов семязачатка образуется семенная кожура, которая защищает зародыш от внешних воздействий.
На некоторых семенах можно различить и след от пыльцевхода семязачатка. Для этого можно замочить семя фасоли, а когда оно набухнет, слегка надавить пальцами. Из маленького отверстия покажется капелька воды. Здесь-то и был пыльцевход.
1. Что такое размножение?
Размножение организмов - это процесс воспроизведения себе подобных, обеспечивающий непрерывность и преемственность жизни. Это свойство характерно только для живых организмов, чем они коренным образом отличаются от неживой природы.
2. Какие способы размножения встречаются у растений?
Для растений характерно как бесполое, так и половое размножение.
3. Какой тип размножения называется половым?
Половым называется такой тип размножения, при котором происходит слияние гамет мужского и женского организмов.
4. Как происходит половое размножение у хламидомонады?
Осенью, при наступлении необходимых условий, содержимое материнской клетки делится, образуя 8-32 клетки-гаметы. Прорвав оболочку, они выходят наружу, где попарно сливаются с гаметами других особей. При слиянии двух гамет образуется зигота, которая покрывается плотной оболочкой и в таком состоянии переживает зиму. С наступлением тепла ее содержимое делится, образуя четыре хламидомонады. Они выходят наружу и начинают вести самостоятельный образ жизни.
5. Как размножается половым способом спирогира?
Тело спирогиры представляет собой длинную неветвящуюся нить из одного ряда клеток. Осенью две параллельно расположенные нити обволакиваются слизью. В клетках, находящихся друг напротив друга, образуются выросты-мостики, оболочки на концах выростов растворяются. Содержимое одной клетки перетекает в другую, их ядра сливаются - происходит оплодотворение. Возникшая зигота образует прочную и толстую оболочку. Переждав неблагоприятные условия, зигота прорастает и дает начало одной новой нити спирогиры.
6. Как размножаются мхи?
7. Какие условия необходимы для полового размножения мхов?
У мхов четко выражено чередование бесполого и полового размножения. Рассмотрим такое явление на примере двудомного растения - мха кукушкина льна. Растет мох густыми дернинами, состоящими из мужских и женских растений. Летом мужские экземпляры выделяются красно-желтыми верхушками, между листочками которых развиваются мужские половые органы, а в них - подвижные сперматозоиды.
На женских растениях образуются женские половые органы, в которых развиваются яйцеклетки.
Обычно мужские и женские растения растут рядом, поэтому с водой - это может быть роса или дождевая вода - сперматозоиды легко попадают на женские растения, а затем и к яйцеклеткам. Здесь они сливаются, происходит оплодотворение, образуется зигота. Без воды половое размножение невозможно!
На следующий год на женском растении развивается из зиготы коробочка со спорами (бесполое размножение). Коробочки выносятся над растениями с помощью длинной ножки. Когда споры созревают, коробочка в сухую погоду освобождается от крышечки, и споры рассеиваются ветром. Попав на влажную землю, они прорастают, образуя тонкую зеленую нить с почками, из которых развиваются побеги мха.
8. Где у цветковых растений развиваются спермии?
У цветковых растений мужские половые клетки - спермии развиваются в пыльцевых зернах.
9. Что такое пыльцевая трубка?
Прорастая, пыльцевое зерно образует пыльцевую трубку - канал, который растет, продвигаясь по столбику к завязи. По пыльцевой трубке два спермия попадают внутрь завязи в зародышевый мешок.
10. Где у цветковых растений находится яйцеклетка?
У цветковых растений женские половые клетки - яйцеклетки развиваются в зародышевом мешке, который находится в семязачатке внутри завязи.
11 Как происходит двойное оплодотворение?
Пыльцевая трубка дорастает до семязачатка и через пыльцевход проникает внутрь зародышевого мешка. Он состоит из нескольких клеток. Та, что расположена ближе к пыльцевходу, - яйцеклетка. Один из спермиев сливается с яйцеклеткой, образуя зиготу, а второй - с так называемой центральной клеткой, находящейся в центре зародышевого мешка. Таким образом, у цветковых растений в оплодотворении участвуют два спермия, поэтому оплодотворение у них называется двойным.
12. Из какой клетки образуется эндосперм?
Эндосперм образуется из центральной клетки, слившейся с одним из спермиев.
В нем накапливаются питательные вещества.
13. Из чего образуется семенная кожура?
Семенная кожура образуется из покровов семязачатка.
14. Как образуется зародыш семени?
В результате слияния яйцеклетки с одним из двух спермиев, попавших после опыления в зародышевый мешок, образуется зигота. Она многократно делится, образуя зародыш семени.
15. Что такое опыление?
Опыление - это перенос пыльцы с тычинок на рыльце пестика. При самоопылении пыльца попадает с тычинки на пестик того же самого цветка. Пшеница, рис, овес, горох - самоопыляемые растения. При перекрестном опылении пыльца с тычинок переносится на рыльце пестика цветка другого растения. Различают насекомоопыляемые и ветроопыляемые растения. Насекомоопыляемые растения имеют красивые, яркие цветки или мелкие цветки, собранные в соцветия. Обычно они богаты нектаром, пыльцой, обладают приятным запахом.
У ветроопыляемых растений цветки мелкие, невзрачные, собранные в соцветия. Пыльца у них сухая, мелкая, легкая. С помощью ветра опыляются тополь, ольха, дуб, рожь.
Страница 29 из 48
Типы размножения растений.
Бесполое и половое размножение растений
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 или 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. 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. Если женская гамета несколько крупнее и менее подвижна, чем мужская, то это гетерогаметы, а половой процесс называется гетерогамией. Более совершенна в эволюционном плане оогамия, 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 растений (водорослей) называется оогонием, а у высших - архегонием. Мужские гаметы - сперматозоиды - обладают жгутиками.
У большинства семенных растений мужские гаметы утратили жгутики и называются спермиями. Гаметангий, 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, в результате созревания спор, а затем редукционного деления образуются споры, а на половом поколении – гаметофите - женские и мужские гаметы, которые при слиянии образуют зиготу. Из нее опять вырастет спорофит, 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.
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 - спермии - 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 га-метофит голосеменных. Это зародышевый мешок. Архегонии отсутствуют. Оплодотворение двойное (один спермий оплодотворяет яйцеклетку, другой - вторичное ядро зародышевого мешка). Эндосперм триплоидный.
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.