Сильно редуцированный мужской гаметофит семенных растений носит название

Добавил пользователь Евгений Кузнецов
Обновлено: 18.09.2024

В жизненном цикле растений имеются две стадии: спорофит и гаметофит:

спорофит делает споры (путем мейоза);
спора прорастает в гаметофит (заросток*);
гаметофит делает гаметы (путем митоза);
после оплодотворения получается зигота, из которой вырастает спорофит.

Зигота и спорофит диплоидные (2n), все остальные стадии гаплоидные (n).

У мхов спора сначала прорастает в зеленую нить предросток (протонему), а уже из предростка вырастает гаметофит. Гаметофит мхов (зеленое растение со стеблем и листьями) больше, чем спорофит (коробочка на ножке), таким образом, у мхов гаметофит преобладает над спорофитом.

У всех остальных высших растений наоборот – спорофит преобладает над гаметофитом.

У высших споровых растений (мхов, папоротников, хвощей и плаунов) споры разносятся ветром.

У семенных растений (голосеменных и покрытосеменных) споры прорастают прямо внутри спорофита. Внутри семязачатка макроспора прорастает в женский гаметофит – зародышевый мешок, в нём образуется яйцеклетка. Внутри пыльцевого мешка микроспора превращается в мужской гаметофит – пыльцевое зерно.

================
*Гаметофит называется заростком только у папоротников, хвощей и плаунов.

Гаметофиты сильно редуцированы, причем мужские гаметофиты голо- и покрытосеменных растений не имеют антеридиев, чем резко отличаются от всех разноспоровых бессеменных растений.

Гаметофит голосеменных сильно редуцирован и приспособлен только для образования мужских и женских половых клеток. У цветковых растений женский гаметофит представлен зародышевым мешком, в котором находится яйцеклетка. Мужской гаметофит образуется при проростании пыльцы. Он состоит из одной вегетативной и одной генеративной клеток.
Развитие мужского гаметофита цветковых растений вместе с процессом гаметогенеза сводится лишь к двум митотическим делениям.

В связи с крайним упрощением мужских гаметофитов цветковых растений и резким сокращением их онтогенеза они утратили гаметангии — антеридии.

При прорастании пыльцы из генеративной клетки возникает 2 спермия. Эти 2 мужские половые клетки участвуют в двойном оплодотворении у покрытосеменных. Оплодотворенная яйцеклетка дает начало новому поколению растения - спорофиту. Прогресс покрытосеменных обусловлен совершенствованием функции размножения.

Развитие управляющих функций мозга ребёнка: полезные советы и упражнения для педагогов

Сертификат и скидка на обучение каждому участнику

Отдел Голосеменные

Общая характеристика. Первые голосеменные появились в конце девонского периода около 350 млн. лет назад; вероятно, они произошли от древних папоротниковидных, вымерших в начале каменноугольного периода. Отдел современных голосеменных насчитывает более 700 видов. Несмотря на относительно малую численность видов, голосеменные завоевали почти весь земной шар. В умеренных широтах Северного полушария они на огромных пространствах образуют хвойные леса, называемые тайгой.

Современные голосеменные представлены преимущественно деревьями, значительно реже — кустарниками и очень редко —лианами; травянистых растений среди них нет. Листья голосеменных значительно отличаются от других групп растений не только по форме и размерам. У большинства видов они игловидные (хвоя) или чешуевидные; Листья располагаются поодиночке, по два или несколько в пучках.

Водопроводящая система (ксилема) голосеменных состоит преимущественно из трахеид, и лишь у некоторых групп имеются настоящие сосуды. Ситовидные трубки не имеют клеток – спутниц .

Древесина имеет камбий, который обеспечивает утолщение.

В древесине находится много смоляных ходов, заполненных смолой.

Подавляющее большинство голосеменных — вечнозеленые, одно- или двудомные растения с хорошо развитыми стеблем и корневой системой, образованной главным и боковым корнями. Расселяются они семенами, которые формируются из семязачатков. Семязачатки голые (отсюда название отдела), Лежат голо на чешуях шишек.

В цикле развития голосеменных наблюдается последовательная смена двух поколений — спорофита и гаметофита с господством спорофита. Гаметофиты сильно редуцированы, причем мужские гаметофиты голо- и покрытосеменных растений не имеют антеридиев, чем резко отличаются от всех разноспоровых бессеменных растений. Представлены пыльцевым зерном с вегетативной и генеративной клетками.

Голосеменные включают шесть классов, два из которых полностью исчезли, а остальные представлены ныне живущими растениями. Наиболее сохранившейся и самой многочисленной группой голосеменных является класс Хвойные,

Семенные растения, как голосеменные, так и цветковые, отличаются от всех остальных представителей растительного мира тем, что размножаются посредством семян, а не с помощью спор.

Что же такое семя и каково его биологическое значение?

все семенные растения, как голосеменные, так и цветковые, являются в то же самое время растениями - разноспоровыми . Это значит, что споры у них двух разных типов - микроспоры (мужские споры) и мегаспоры (женские споры). Первые дают начало мужскому гаметофиту, а вторые - женскому. В то время как процесс оплодотворения у всех бессеменных высших растений происходит в воде, у семенных растений размножение оказалось независимым от воды. Благодаря этому семенные растения могут размножаться половым путем даже в пустыне.

Внутреннее оплодотворение, развитие зародыша внутри семязачатка и появление новой, чрезвычайно эффективной единицы расселения - семени - являются главными биологическими преимуществами семенных растений, давшими им возможность полнее приспособиться к наземным условиям и достигнуть более высокого развития, чем папоротники и другие бессемянные высшие растения .

Преимущества семени над спорой. При размножении спорами каждый раз образуется огромное их число, обычно миллионы, то семян требуется сравнительно небольшое количество. В многоклеточном семени уже содержится зародыш - с корешком, почечкой и зародышевыми листьями - семядолями. Покрыт семенной кожурой - он легко укореняется и начинает самостоятельную жизнь. Кроме того, в семени содержится запас питательных веществ, а спора это одна специализированная клетка.

Голосеменные, как и все семенные растения, являются разноспоровыми. Микроспоры образуются у них в микроспорангиях, а мегаспоры - в мегаспорангиях (нуцеллусах) семязачатков.

Микроспорангии развиваются на микроспорофиллах, а семязачатки - на мегаспорофиллах. Микро- и мегаспорофиллы голосеменных имеют различный внешний вид, размеры и строение. микроспорофиллы и мегаспорофиллы собраны в компактные стробилы (шишки).

У подавляющего большинства голосеменных стробилы однополые, т.е. состоят или только из микроспорофиллов, или только из мегаспорофиллов.

Стробилы, состоящие только из микроспорофиллов, называют мужскими стробилами или мужскими шишками. Стробилы же, состоящие из мегаспорофиллов, носят название женских стробилов или женскими шишиками .

Жизненный цикл голосеменных

Особенности жизненного цикла голосеменных мы рассмотрим на примере сосны обыкновенной

Сосна - крупное дерево, размножающееся семенами. Как известно, семена сосны и других хвойных образуются в шишках. Эти шишки и есть женские стробилы.

Есть мужские шишки (стробилы), в которых созревает пыльца. Они появляются ранним летом и существуют весьма непродолжительное время.

Строение мужского стробила. Микроспорогенез микрогаметогенез

На продольном срезе через мужскую шишку хорошо выделяется ось, к которой крепятся микроспорофиллы . В основании каждого из них размещаются гнезда двух крупных микроспорангиев (пыльцевых мешков) . Гнезда микроспорангиев заполнены археспориальной тканью.

Процесс микроспорогенеза состоит в том, что клетки микроспорангия делятся путем мейоза, в результате образуются тетрады гаплоидных микроспор.

Каждая микроспора (пыльцевое зерно) имеет две оболочки: внутреннюю тонкую - интину и наружную, грубую и прочную - экзину . Характерной особенностью микроспор хвойных являются так называемые воздушные мешки, повышающие аэродинамические качества пыльцы, которая распространяется ветром.

Гаплоидное ядро микроспоры начинает делиться обычным митотическим путем. В результате двух, следующих друг за другом митотических делений, образуется вегетативная и генеративная клетки. – мужской гаметофит.

Из вегетативной клетки развивается пыльцевая трубка. Все дальнейшие изменения происходят с генеративной клеткой. Она делится еще один раз митозом и, в результате этого деления образуются спермии . На этом процесс микрогаметогенеза заканчивается.

Строение женского стробила. Мегаспорогенез и мегагаметогенез

женская шишка (стробил) также имеет ось, к которой крепятся чешуи двух типов: пленчатые кроющие чешуи, в пазухах которых развиваются крупные плодущие или семенные чешуи. В основании семенных чешуй размещается по два семязачатка.

Оба процесса: мегаспорогенез и мегагаметогенез происходят в семязачатке.

Процесс мегаспорогенеза организован очень просто: внутри нуцеллуса клетки макроспорангия делятся мейозом образуется тетрада мегаспор , три из которых быстро погибают и идут на питание единственной оставшейся мегаспоре.

Из гаплоидной мегаспоры митозом образуется женский гаметофит, который со временем занимает практически весь объем семени. По своей функциональной роли женский гаметофит представлен- эндоспермом. Необходимо подчеркнуть, что эндосперм голосеменных растений является гаплоидной тканью, в отличие от триплоидного эндосперма цветковых растений. Гаплоидный эндосперм – запас питательных веществ. На верхнем полюсе гаметофита образуются два типичных архегония. В каждом из них находится крупная яйцеклетка. После формирования яйцеклетки женский гаметофит готов к оплодотворению.

Оплодотворение совершается внутри семязачатка, при этом спермии по пыльцевой трубке проникают к архегониям и один из них сливается с яйцеклеткой. Вторая пара гамет обычно не дает зиготы. Погибает Из зиготы со временем развивается зародыш семени.

Отдел Покрытосеменные (Цветковые ) — отдел высших растений, отличительной особенностью которых является;

1. наличие цветка — увеличивает шансы более эффективного опыления;(опыление насекомыми, ветром,водой)

2.Наличие плода: образование в составе цветка завязи , заключающей в себе семязачатки и предохраняющей их от действия неблагоприятных условий среды; из стенок завязи формируется околоплодник. функция – защита и расселение семян.

3.двойное оплодотворение , в результате которого образуется триплоидный (а не гаплоидные, как у голосеменных) эндосперм; он более жизнеспособный т.к. объединяет признаки отцовского и материнского организмов.

4.редукция гаметофита : мужской гаметофит — пыльцевое зерно состоит из двух клеток: вегетативной и генеративной (генеративная делится, образуя два спермия). Женский гаметофит состоит из 8 клеток зародышевого мешка без архегониев.

5 .Представлены всеми жизненными формами: деревья, кустарники, кустарнички, травы

6 .Ткани высокодифференцированые . Проводящая система хорошо развита. ксилема представлена сосудами, которые более совершенны, чем трахеиды. Ситовидные трубки луба имеют клетки спутницы.

7 . Высокая дифференциация вегетативных органов приспосабливает к различным условиям существования, что позволило покрытосеменным распространится по всему земному шару и занять господствующее положение.

Классы Покрытосеменных (Цветковых)

Выделяют два класса цветковых растений: однодольные и двудольные .

Признаки двудольных растений :

1. Зародыш имеет 2 семядоли,

2. Лист на черешке с сетчатым или ветвящимся жилкованием. Листья простые и сложные

3. Проводящая система состоит из одного кольца проводящих лучков, с камбием; кора и сердцевина дифференцированы.

4. Корневая система стержневая, зародышевый корешок развивается в главный корень.

5. Жизненные формы древесные и травянистые.

6. Цветок имеет число элементов, кратное 5 или 4.

7. околоцветник двойной.(чашелистики и лепестки)

Признаки однодольных растений :

1. Зародыш с одной семядолей, прорастающей подземно,

2. Лист без черешка, с параллельным или дуговым жилкованием, с влагалищным основанием. Листья простые.

3. Проводящая система состоит из многих отдельных пучков; камбий отсутствует; кора и. сердцевина не имеют четкой дифференциации.

4. Корневая система мочковатая, зародышевый корешок рано отмирает, заменяясь системой придаточных корней.

Гаметофит является гаплоидной многоклеточной фазой внутри жизненного цикла высших растений и водорослей.

Фаза получает свое развитие из спор и отвечает за производство половых клеток — гамет. Ближе к середине 19 века впервые стали говорить о чередовании гаметофита и спорофита. Вильгельм Гофмейстер стал автором этой теории.

Развитие гаметофита происходит из гаплоидной споры. Он имеет специализированные органы — гаметангии.

Гаметангии встречаются 2 типов:

антеридии. Это гаметангии, производящие гаметы мужского типа или спермии;
архегонии. Это гаметангии, производящие гаметы женского типа или яйцеклетки.

Несмотря на различия форм и размеров, антеридии и архегонии отвечают за выполнение одной функции: функции образования половых клеток, дающих при слиянии обновленный хромосомный набор. Такой тип размножения появился как прогрессивная черта в ходе эволюции растительного мира.

Гаметы оплодотворяются внутри архегония. Далее происходит формирование спорофита с двойным набором хромосом. В первое время существования такой спорофит имел зависимость от гаметофита. Можно говорить о примитивности такого типа образования половых клеток в ходе эволюции.

Почти все многоклеточные водоросли характеризуются типом оплодотворения, сильно зависящим от воды.

Для водорослей свойственны:

изогамия;
анизогамия;
оогамия.

Образованный в результате такого оплодотворения спорофит не зависит от гаметофита и имеет самостоятельное развитие.

Особенности гаметофитов и основные их типы

При сравнении высших растений можно обнаружить, что для различных групп высших растений и водорослей характерны различные степени развития гаметофита. Для некоторых растений вообще свойственен короткий период существования гаметофита. К примеру, если речь идет о гаметофите папоротников. А вот у мхов гаметофит развивается на протяжении всей жизни.

Выделяют следующие типы гаметофитов водорослей:

раздельнополые нитчатые гаметофиты. Красная водоросль Polysiphonia;
крупные пластинчатые мужские гаметофиты. Красная водоросль Palmaria;
микроталломный гаметофит. Бангиевые водоросли;
обоеполые гаметофиты. Ульвовые водоросли.

Также есть и другие типы гаметофитов, однако для всех из них характерна гаплоидность и многоклеточная структура.

Для высших растений свойственно правильное чередование двух многоклеточных поколений — спорофита и гаметофита. Если речь идет о цветковых растениях, то им свойственны микроскопические гаметофиты. Чтобы были понятны размеры: гаметофиты помещаются внутри пыльцевого зерна. Такие гаметофиты имеют в своем составе несколько клеток. За счет микроскопических размеров, гаметофиты цветковых растений быстро распространяются и способны выживать даже при резко меняющихся условиях среды.

Зародышевый мешок — женский гаметофит цветковых растений, который располагается внутри семяпочки. Чаще всего гаметофит состоит из семи клеток, образованных в результате слияния двух ядер центральных клеток и формирования вторичного ядра.

Гаметофит может быть небольшим самостоятельным растением — это наблюдается у плаунов, хвощей и папоротников.

Заросток — гаметофит папоротников.

Для заростков плаунов, хвощей и папоротников характерна способность к фотосинтезу. Также они являются однолетними. Заростки плаунов обитают под землей — их развитие происходит на протяжении всей жизни. Им свойственно развитие на протяжении многих лет, в течение которых они получают питание, образуя симбиоз с грибами. Небольшие размеры мхов не мешают им доминировать над спорофитом.

Образование гаметофита высших растений происходит исключительно в результате митоза. Это принципиальное отличие от гаметофита животных. Тело гаметофита строится на основе гаплоидных клеток.

Гаметофаза или галофаза — фаза гаметофита высших растений.

На одном гаметофите вполне возможно одновременное развитие мужских и женских половых органов. Этот гаметофит получил название однодомного.

При формировании гаметофитом мужских и женских половых органов на разных растениях, речь идет про двудомные или раздельнополые гаметофиты.

Раздельнополые гаметофиты встречаются у всех семенных растений: мужские гаметофиты развиваются у них из микроспор, которые образуются в пылинках, а женские — из мегаспор, которые образуются в семяпочках.

Процесс полового размножения растений имеет вид конъюгации.

Конъюгация представляет собой процесс полового размножения растений, при котором происходит слияние протопластов независимых вегетативных клеток.

Встречается, что на одной особи развиваются и споры, и гаметы. Также споры могут развиваться на одном растении, а гаметы — на другом.

Спорофит — особь, на которой происходит развитие спор.

Гаметофит — особь, на которой происходит развитие гамет.

Половое поколение хвойных — оригинальное. Мужской гаметофит в этом случае представляет несколько пыльцевых зерен, развивающихся внутри шишки. Такие шишки растут у основания побегов. Определить, что перед вами мужская шишка легко: они мельче, мягче и собираются в пучки. Для каждой чешуйки характерно два пыльника, внутри которых происходит развитие половых клеток мужских особей.

Женские шишки располагаются на верхушках побегов и содержат в себе семязачатки. Внутри женских шишек происходит формирование мегаспор — в результате мейоза. Всего образуется четыре мегаспоры.

В женском гаметофите происходит развитие только одной мегаспоры: остальные образованные клетки отмирают. После этого последовательно происходят опыление, оплодотворение и формирование семян.

Как видно, гаметофит — это половое поколение растений. Эта фаза жизненного цикла свойственна водорослям, споровым и семенным высшим растениям.

Для гаметофита характерна многоклеточная структура и наличие гаплоидного набора хромосом.

Гаметофит развивается из гаплоидных спор и производит половые клетки, т.е. гаметы. Это многоклеточная гаплоидная фаза в жизненном цикле водорослей и высших растений, которая чередуется с другим многоклеточным поколением — спорофитом.

История открытия

Первым ученым, который сделал вывод о чередовании гаметофитной и спорофитной фазы в жизни растений, был немецкий ботаник Вильгельм Гофмейстер. Несмотря на то, что он был самоучкой в биологии и не получил классического образования, Гофмейстер, благодаря своему таланту и увлеченности наукой заслужил стоять в одном ряду с такими гигантами как Дарвин и Мендель.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Изучая строение папоротников, мхов и семенных растений, Гофмейстер первый обнаружил, что есть разные поколения, одно из которых образует споры, а другое — гаметы. На примере представителей зеленых растений ученый сделал вывод о дипло-гаплоидном жизненном цикле.

Отличие гаметофита и спорофита в жизни растений

Рассмотрим, какие основные особенности можно выделить у этих двух поколений, в чем заключается их жизненный цикл.

Гаметофит

Развивается из споры.
Гаплоид, т.е. имеет одинарный набор непарных хромосом.
Размножение у него происходит половым способом.
В процессе размножения на специальных органах гаметангиях образует мужские и женские половые клетки, которые называются гаметы.
Гаметангии, где образуются мужские клетки, называются антеридии, а где женские — архегонии.
Процесс деления гаплоидных клеток, в результате чего появляются гаметы, называется митоз.
При оплодотворении женской гаметы мужской образуется зигота, которая впоследствии производит споры.

Спорофит

Развивается из зиготы.
Диплоид, т.е. с двумя наборами хромосом.
Размножается бесполым способом.
В процессе размножения на специальных органах спорангиях образуются споры — микроскопические зачатки растений.
Когда в спорангии происходит деление диплоидных клеток с образованием спор, то это называется мейоз.
Из каждой споры, которая начинает потом делиться по способу митоза, вырастает заросток — гаметофит, из которого впоследствии появляются гаметы.
Спорангии бывают двух видов: макро- и микроспорангии. Из макроспор, которые производит макроспорангий, развивается женский гаметофит, а из микроспор — мужской.
Если споры одинаковы по размеру и физиологическим особенностям, то такие организмы называются равноспоровыми, а гаметофиты, которые появляются из них - обоеполые.

Почему спорофиты преобладают

У всех высших растений, за исключением мохообразных, в жизненном цикле наблюдается преобладание спорофита, гаметофит при этом сравнительно менее долговечен и мало развит. В процессе эволюции мы видим его дальнейшую редукцию, гаметофит уменьшается.

Почему это происходит? Есть несколько причин, почему значение спорофита оказалось выше.

Диплоидность спорофита обеспечивает более высокий уровень синтетических процессов. Также такой организм более стабилен с генетической точки зрения, потому что рецессивные мутации, снижающие жизнестойкость растения, не проявляются в фенотипе в диплоидном состоянии.
Условия существования на суше могут сильно меняться, а сохранение в генофонде рецессивных мутаций, которых бы просто не осталось при естественном отборе, т.е. значительный генный полиморфизм, может сослужить важную службу растению при изменении жизненных условий и позволит ему выжить в неблагоприятной среде, где гаплоидные организмы просто вымрут.
Чтобы гаметы смогли передвигаться, им необходима водная среда, а споры, в отличие от гамет, на суше распространяются очень легко.

Основные функции

Развитие половых клеток

Гаметофит — растение, на котором развиваются гаметы. Они нужны для дальнейшего многообразия комбинаций генов, которые обуславливают эволюцию.

Участие в размножении водорослей

Водная среда, в которой обитают водоросли, является причиной того, что гаметофит у них играет важную роль. Гаметы передвигаются по воде друг к другу и сливаются в зиготу.

Гаметофиты водорослей, разнообразие и примеры

У большинства водорослей мы можем видеть, что спорофит и гаметофит чередуются, но у некоторых, как например морская красная водоросль Полисифония, на одно гаплоидное поколение приходится сразу два диплоидных.

Гаметофиты у водорослей могут иметь разный внешний вид.

Нитчатый раздельнополый у Polysiphonia и бурых ламинариевых водорослей.
Крупные, пластинчатые, внешне похожие на спорофит мужские гаметофиты и микроскопические женские у красной водоросли Palmaria.
Макроталломная форма у бангиевых красных водорослей.
Крупный пластинчатый таллом у зеленых ульвовых водорослей морфологически почти не отличим от спорофита, потому что эти водоросли обладают изогамией, наиболее примитивным из типов полового процесса.

Несмотря на внешние различия, все гаметофиты являются диплоидными и многоклеточными.

Гаметофиты высших растений, примеры

В отличие от водорослей, у высших растений всегда правильно чередуются поколения.

Гаметофиты бывают однодомные, т.е. обоеполые, на которых формируются как мужские, так и женские половые органы, и двудомные, раздельнополые.

Для семенных растений характерны двудомные. У них мужские гаметофиты формируются из микроспор, которые находятся в пыльниках, а женские — из мегаспор в семяпочках.

Читайте также: