Оплодотворению предшествует опыление семена защищены околоплодником
Добавил пользователь Skiper Обновлено: 19.09.2024
Каждое растение, достигнув определенных размеров и пройдя ряд стадий развития, воспроизводит себе подобные организмы того же вида.
Размножение — увеличение числа себе подобных особей. Это необходимое свойство жизни, присущее всем организмам и обеспечивающее продление существования вида. К размножению приступают организмы, достигшие определенного возраста и стадии развития.
У растений различают два типа размножения — бесполое и половое.
Бесполое размножение — это размножение, происходящее без участия половых клеток; при этом в размножении участвует лишь одна особь. В бесполом размножении различают два способа: вегетативное размножение и размножение спорами.
Вегетативное размножение происходит благодаря развитию у растений специализированных клеток — спор. Такое размножение свойственно водорослям, мхам, папоротникам, хвощам и плаунам. Споры — это особые мелкие клетки. Они содержат ядро, цитоплазму, покрыты плотной оболочкой и способны на протяжении длительного времени переносить неблагоприятные условия. Попав в благоприятные условия среды, споры прорастают и образуют новые (дочерние) растения.
При бесполом размножении образующиеся дочерние организмы по своим свойствам одинаковы с материнским растением. В этом проявляется биологическое значение бесполого размножения.
Половое размножение — это размножение, при котором происходит слияние женских (♀) и мужских (♂) половых клеток, от чего появляются дочерние организмы, качественно иные, чем родительские; при этом в размножении участвуют два родительских организма.
Процесс слияния мужской и женской половых клеток называется оплодотворением.
У организма, полученного в результате оплодотворения, всегда возникает что-то новое, еще не встречавшееся в природе, хотя и очень похожее на его родителей. Этого не происходит при бесполом размножении, когда дочерние организмы развиваются без оплодотворения и только от одного родителя. Величайшее значение полового размножения заключается в обновлении свойств организмов. Такие организмы с новыми наследственными свойствами, полученными от обоих родителей, имеют больше шансов на выживание.
Важнейшее значение полового размножения в том, что организмы, возникшие половым путем, обладают новыми (в сравнении с родительскими) наследственными свойствами.
Оплодотворение у цветковых растений
Рассмотрим, как осуществляется половое размножение на примере цветковых растений.
Опыление и оплодотворение цветкового растения
Мужские половые клетки — спермии — формируются в пылинках пыльцы, которые развиваются в пыльниках тычинок цветка. Обычно пыльца состоит из многих пылинок (пыльцевых зерен), соединенных в группы. В пылинках и формируются спермии — мужские половые клетки.
Женские половые клетки — яйцеклетки — образуются в семязачатках, находящихся в завязи пестика цветка (у цветковых растений бывают завязи с одним или несколькими семязачатками). Чтобы из всех семязачатков развились семена, нужно в каждый семязачаток к яйцеклеткам доставить спермии, так как каждая яйцеклетка оплодотворяется отдельным спермием.
Процессу оплодотворения у растений предшествует опыление. Как только пылинка попадает на рыльце пестика (с помощью ветра или насекомых), она начинает прорастать. Одна ее стенка вытягивается и образует пыльцевую трубку. Одновременно в пылинке образуются два спермия. Они передвигаются к кончику пыльцевой трубки. Продвигаясь сквозь ткани рыльца и столбика, пыльцевая трубка достигает завязи и проникает внутрь семязачатка.
Оплодотворение цветкового растения
К этому времени в семязачатке, в его срединной части, одна клетка делится и сильно удлиняется, образуя так называемый зародышевый мешок. В нем у одного конца находится яйцеклетка, а в центре — клетка с двумя ядрами, которые вскоре сливаются, образуя одно — центральное ядро. Проникнув в семязачаток, пыльцевая трубка прорастает в зародышевый мешок, и там один спермий сливается (соединяется) с яйцеклеткой, образуя зиготу, из которой развивается зародыш нового растения.
Другой спермий, попавший в зародышевый мешок, сливается с центральным ядром. Образовавшаяся при этом клетка очень быстро делится, и вскоре из нее образуется питательная ткань — эндосперм.
Слияние в зародышевом мешке спермиев — одного с яйцеклеткой, а другого с центральным ядром называется двойным оплодотворением .
Процесс двойного оплодотворения — явление, свойственное только цветковым растениям. Двойное оплодотворение открыл в 1898 г. отечественный ботаник Сергий Гаврилович Навашин (1857-1930) на примере лилии тигровой и рябчика нежного.
Благодаря двойному оплодотворению зародыш нового растения получает очень ценный эндосперм с питательными веществами.
Размножение — процесс воспроизведения себе подобных, обеспечивающий непрерывность и преемственность жизни. Существует два способа размножения растений — половой и бесполый. Основной частью полового размножения является оплодотворение, т. е. слияние женской и мужской половых клеток и образование из них зиготы. Зигота дает начало зародышу — новому организму, в котором объединены свойства двух родительских растений. У многих растений отмечаются оба способа размножения.
Образование мужского н женского гаметофитов. Отличительная особенность полового размножения — наличие полового процесса, одним из важнейших этапов которого является оплодотворение с последующим образованием зиготы. Из последней в дальнейшем развивается зародыш — зачаток нового организма. У высших семенных растений отмечен только один тип полового процесса — оогамия. Кроме того, у них в результате сочетания бесполого размножения с половым образуются особые зачатки — семена, при помощи которых происходит расселение растений.
У покрытосеменных растений органом размножения является цветок. Для выяснения функционирования цветка необходимо проследить, какие процессы происходят в тычинках и пестиках. Как сказано выше, тычинка состоит из тычиночной нити и пыльника. Каждый пыльник образован двумя половинками, в которых развивается по две пыльцевые камеры (гнезда) — микроспорангии. В гнездах молодого пыльника имеются особые диплоидные клетки —микроспороциты, или материнские клетки микроспор. Каждый микроспороцит претерпевает мейоз и образует четыре микроспоры. Здесь же, внутри пыльцевого гнезда, микроспора увеличивается в размерах, ядро ее делится митотически, и образуется два ядра — вегетативное и генеративное. На поверхности бывшей микроспоры образуется прочная целлюлозная оболочка с несколькими округлыми порами, сквозь которые в конечном итоге прорастают пыльцевые трубки. В результате этих процессов каждая микроспора превращается в пыльцевое зерно (пыльцу) —-мужской гаметофит цветковых растений (рис. 8.18).
У однодольных растений в пыльцевом зерне, находящемся в пыльнике, генеративное ядро делится митотически с последующим образованием двух неподвижных мужских гамет — спер-миев. У двудольных образование спермиев происходит позже, когда пыльца попадает на рыльце пестика. Таким образом, зрелое пыльцевое зерно состоит из двух (вегетативной и генеративной) или из трех (вегетативной и двух спермиев) клеток.
Рис. 8.18. Тычинки: а — общий вид тычинок; б —развитие пыльцевых гнезд; в —- пыльца и ее прорастание; I — пыльник; 2 — тычиночная нить; 3 — пыльца; 4 — экзина; 5 — интина; б — генеративное ядро; 7 — вегетативное ядро; 8 — пыльцевая трубка.; 9 — два спермия; 10 — эпидермис; И — фиброзный слой; 12 — спорогенная ткань; 13 — гнездо пыльника.
Образование женского гаметофита происходит в семязачатке (семяпочке), находящемся внутри завязи пестика (рис. 8.19). Семязачаток — это видоизмененный мегаспорангий (нуцеллус), защищенный покровами. Покровы на верхушке не срастаются и образуют узкий канал — пыльцевход. В нуцеллусе, вблизи пыльцевхода, начинает развиваться диплоидная клетка — мегаспороцит (макроспороцит). Он делится мейотически, давая четыре гаплоидные макро- или мегаспоры, обычно расположенные линейно. Три мегаспоры вскоре разрушаются, а четвертая, наиболее удаленная от пыльцевхода, развивается в зародышевый мешок.
Рис. 8.19. Образование макроспор в семязачатке (а—в) и развитие зародышевого мешка (г—д): 1 —нуцеллус; 2 — пыльцевход; 3 — покровы семязачатка; 4—семяножка; 5—макроспороцит; 6 —макроспоры; 7 — одноядерный зародышевый мешок; 8,9 — двухъядерные мешки; И,12 - молодой и зрелый восьмиядерные мешки; 13—яйцеклетка; 14 — синергиды; 15 — полярные ядра; 16 — антиподы.
Последний растет, его ядро трижды делится митотически, в результате чего образуется восемь дочерних ядер. Они располагаются по четыре двумя группами— вблизи, пыльцевхода зародышевого мешка и на противоположном полюсе. Затем от каждого полюса отходит но одному ядру в центр зародышевого мешка. Это так называемые полярные ядра. В дальнейшем они могут сливаться, превращаясь в одно центральное, или вторичное диплоидное ядро (или их слияние происходит позднее, при оплодотворении). Остальные шесть ядер, по три на каждом полюсе, разделяются тонкими клеточными перегородками. При этом на полюсе у пыльцевхода образуется яйцевой аппарат, состоящий из яйцеклетки и двух клеток-синергид. На противоположном полюсе возникают так называемые клетки-антиподы, которые определенное время участвуют в доставке к клеткам зародышевого мешка питательных веществ, а затем исчезают'. Такая восьмиядерная семиклеточная структура — зародышевый мешок — является зрелым женским гаметофитом, готовым к оплодотворению. Образование пыльцы и зародышевого мешка у большинства растений завершается одновременно.
Опыление. У цветковых растений процессу оплодотворения предшествует опыление.
Опыление—это перенос пыльцы из пыльников тычинок на рыльце пестика. Различают два типа опыления: самоопыление и перекрестное опыление. При самоопылении пыльцевые зерна переносятся на рыльце пестика того же цветка (ячмень, горох, тюльпан). У перекрестноопыляющихся растений осуществляется перенос пыльцы из тычинок цветков одною растения на рыльце пестика другого.
Наиболее часто перекрестное опыление осуществляется насекомыми и значительно реже ветром (береза, ольха, пырей, осоки), птицами, водой (водные растения).
В процессе длительной эволюции приспособление цветка к опылению насекомыми привело к формированию ярких, хорошо заметных, часто с приятным запахом цветков с нектарниками, вырабатывающими сладкую сахаристую жидкость. Кроме того, у таких растений образуется много пыльцы, которая служит кормом для ряда насекомых. Привлеченные яркой окраской или запахом цветка, насекомые, извлекая нектар из глубины цветка, касаются липкой или шероховатой поверхности пыльцевых зерен, которая прилипает к их телу. Перелетев на другой цветок, насекомое переносит часть пыльцы на рыльце пестика.
У цветков ветроопыляемых растений околоцветник отсутствует или плохо развит и не препятствует движению ветра; тычинки длинные, свисающие; пыльца сухая и мелкая, образуется в большом количестве; рыльца пестиков длинные, часто перистые. Большинство ветроопыляемых растений цветут до появления листьев, что облегчает опыление.
При перекрестном опылении, в отличие от самоопыления, у растений повышается уровень гетерозиготности потомства, что позволяет ему легче адаптироваться к постоянному изменению условий среды. В то же время самоопыление имеет одно существенное преимущество по сравнению с перекрестным: оно не зависит от погодных условий и посредников, поэтому осуществляется при любых условиях.
Оплодотворение. Попав на рыльце пестика, пыльцевое зерно начинает прорастать (рис. 8.20). Из Beгетативной клетки развивается длинная пыльцевая трубка, дорастающая по тканям столби ка до завязи и далее —до семязачатка. Из генеративной клетки к этому моменту образуются два спермия, которые спускаются в пыльцевую трубку. Рост пыльцевой трубки стимулируют ауксины, вырабатываемые пестиками, а к завязи она направляется в результате хемотропизма.
Рис. 8.20. Схема двойного оплодотворения у цветковых растений: а — продольный разрез пестика; б — прорастание пыльцевого зерна; в — проникновение пыльцевой трубки в зародышевый мешок; г — излияние содержимого пыльцевой трубки (двух спермиев) в зародышевый мешок; д — зародышевый мешок после оплодотворения: 1 — прорастающее пыльцевое зерно; 2 — пыльцевая трубка; 3 — завязь; 4 — зрелый зародышевый мешок; 5 — спермии; 6 — вегетативное ядро; 7 — си-нергиды; 8 — яйцеклетка; 9 — полярные ядра; 10 — антиподы; 11 — зигота; 12 — триплоидное ядро эндосперма.
Пыльцевая трубка входит в семязачаток через пыльцевход, ее ядро разрушается, а кончик трубки при соприкосновении с оболочкой зародышевого мешка разрывается, освобождая мужские гаметы. Спермии проникают в зародышевый мешок в синергиду или в щель между яйцеклеткой и центральным ядром. Вскоре после вхождения пыльцевой трубки в зародышевый мешок синергиды и антиподы отмирают.
После этого один из спермиев оплодотворяет яйцеклетку. В результате образуется диплоидная зигота, из которой развивается зародыш нового растительного организма. Второй спермий сливается с двумя полярными ядрами (или с центральным диплоидным ядром), образуя тришюидную клетку, из которой впоследствии возникает питательная ткань —эндосперм. В его клетках содержится запас питательных веществ, необходимых для развития зародыша растения.
Слияние одного спермия с яйцеклеткой, а другого с полярными ядрами представляет собой уникальную особенность покрытосеменных — двойное оплодотворение. Такой способ оплодотворения был открыт в 1898 г. русским цитологом и эмбриологом С. Г. Навашиным.
Благодаря двойному оплодотворению происходит очень быстрое образование и развитие эндосперма. В сочетании с огромным числом поколений этим достигается существенная экономия энергетических ресурсов растений. Двойное оплодотворение ускоряет также весь процесс формирования семязачатка и семени.
После оплодотворения семязачаток развивается в семя, завязь пестика формирует плод.
У многих растений в образовании плода участвуют и другие части цветка: разросшееся цветоложе, основания чашелистиков, лепестков, тычинок (например, у яблони, груши).
Перенос пыльцы из пыльника на рыльце пестика называется опылением. Различают два вида опыления: перекрестное и самоопыление.
При самоопылении рыльце принимает пыльцу того же цветка либо другого, но той же особи. Возможно опыление в закрытых, нераспустившихся цветках (горох). При перекрестном опылении переносится пыльца от разных особей. Это основной тип опыления цветковых растений (яблоня, ива, огурец и др.).
Перекрестное опыление
Перекрестное опыление осуществляется естественным (насекомыми, птицами, летучими мышами, ветром, водой) и искусственным (производит человек) путями.
Приспособленность растений к опылению ветром проявляется в наличии голых цветков, либо невзрачных, слабо развитых околоцветников. Они лишены нектарников и запаха, пыльцы образуют много, она легкая, сухая, мелкая, рыльца длинные, с большой поверхностью для улавливания пыльцы (рожь, кукуруза).
Приспособленность растений к опылению насекомыми характеризуется яркой окраской венчика, наличием нектарников, запаха (одуванчик, земляника). Пищей для насекомых являются нектар и пыльца. Окраска и запах служат для привлечения опылителей. Иногда цветки обладают запахом, характерным для самок насекомых того же вида. Это привлекает к ним самцов, которые и осуществляют опыление. Эволюция цветковых растений и их опылителей шла параллельно. Это так называемая сопряженная эволюция.
Приспособление растений к опылению насекомыми и ветром
Перекрестное опыление обеспечивает обмен генами, поддерживает высокую гетерозиготность популяций, дает материал для естественного отбора и сохраняет самое выносливое потомство — носителей наиболее благоприятного сочетания генов.
Искусственное опыление
Искусственное опыление производит человек для повышения урожая или получения новых сортов растений. При этом для нанесения пыльцы на рыльце пестика используют разные способы. Так, у кукурузы, имеющей однополые цветы, пыльцу собирают, стряхивая верхушечные метелки мужских цветков в бумажные воронки. Затем собранной пыльцой посыпают выступающие на верхушке початка длинные рыльца женских цветков.
При искусственном опылении подсолнечника стебли двух соседних растений наклоняют так, чтобы можно было прижать цветущую поверхность одной корзинки к другой. Можно переносить пыльцу, поочередно прижимая руку в варежке из мягкой материи к цветущим корзинкам разных растений.
Схема искусственного опыления
Для получения новых сортов растений с обоеполыми цветками необходима подготовка к искусственному опылению. Прежде всего из цветков растения, избранного в качестве материнского, еще в бутоне удаляют пыльники и защищают эти цветки марлевыми или бумажными мешочками от попадания пыльцы. Через 2-3 дня, когда бутоны раскроются, наносят на рыльца пестиков заготовленную пыльцу другого сорта чистой сухой акварельной кисточкой, мягким поролоном или кусочком резинки, прикрепленными к проволоке.
Двойное оплодотворение у цветковых растений
После опыления происходит процесс оплодотворения, но для этого нужен ряд условий: пыльца должна не только удержаться на рыльце, но и прорасти через столбик, достигнуть семязачатка и обеспечить слияние мужских клеток с женскими.
Двойное оплодотворение характерно для цветковых растений.
Обычно на рыльце попадает множество пыльцевых зерен. Они, как правило, имеют шероховатую поверхность и удерживаются липкой кожицей рыльца. Кроме этого, при попадании совместимой пыльцы клетки рыльца выделяют вещества, стимулирующие ее прорастание.
Схема двойного оплодотворения у цветковых растений
Начинается прорастание пыльцевых зерен с набухания. Затем через специальные поры (каналы) в наружной оболочке пыльцевого зерна внутренняя выпячивается в тонкую пыльцевую трубку, куда переходят вегетативное ядро и спермин. Пыльцевые трубки всех совместимых зерен, удержавшихся на рыльце пестика, растут по столбику, направляясь к семязачатку. Одна из них обгоняет в росте другие и, достигнув пыльцевхода, проникает через него к зародышевому мешку и здесь изливает в него свое содержимое.
Один из спермиев сливается с яйцеклеткой, а другой — со вторичным ядром центральной диплоидной клетки. Вегетативное ядро разрушается еще до проникновения пыльцевой трубки в зародышевый мешок.
Двойное оплодотворение у цветковых растений открыл русский цитолог и эмбриолог растений С.Г.Навашиным в 1898г.
При наличии в завязи семязачатков в каждом из них происходит вышеописанный процесс двойного оплодотворения. Называется он двойным потому, что сливаются две мужские клетки с двумя клетками женского гаметофита. В дальнейшем после оплодотворения в цветке начинается развитие семени и плода.
Образование семян
После оплодотворения внутри зародышевого мешка начинается быстрое митотическое деление триплоидного вторичного ядра, не имеющего периода покоя. Образуется большое количество ядер, затем между ними возникают, перегородки.
Эти вновь образовавшиеся клетки продолжают деление, заполняя всю полость зародышевого мешка питательной тканью — эндоспермом, который у одних растений полностью расходуется во время развития зародыша (бобовые, тыквенные), а у других — сохраняется в зрелых семенах (злаки). Одновременно происходит разрастание зародышевого мешка и семяпочки.
Формирование зародыша начинается с деления зиготы. После периода покоя зигота делится митотически на две клетки. Верхняя клетка, прилегающая к пыльцевходу, образует подвесок, отодвигающий нижнюю клетку в глубь эндосперма. Подвесок у одних видов растений остается одноклеточным, у других — делится поперечными перегородками и становится многоклеточным. Нижняя клетка разрастается в предзародыш семени сферической формы. Предзародыш делится на 4 клетки двумя перпендикулярными перегородками, затем каждая из этих клеток делится еще на две.
Сначала клетки более или менее однородны. По мере дальнейшего деления происходит дифференцировка клеток на зачаточный корешок, зачаточный стебель, зачаточные листочки (семядоли) и зачаточную почечку, окруженную семядолями. К этому времени семяпочка превращается в семя, ее покровы и остатки эндосперма образуют кожицу семени.
Таким образом, из оплодотворенной диплоидной яйцеклетки формируется зародыш семени, а из вторичной триплоидной клетки — питательная ткань — эндосперм, покровы семязачатка превращаются в покровы семени, а стенка завязи, разрастаясь, образует околоплодник.
Читайте также: