Спора мха это митоз или мейоз

Добавил пользователь Валентин П.
Обновлено: 19.09.2024

Мейоз

Определение понятия

Мейоз — это особое двойное деление клеток, происходящее с уменьшением набора хромосом с двойного диплоидного до одинарного гаплоидного, при котором хромосомы правильно распределяются на четыре дочерние клетки. © 2015-2021 Сазонов В.Ф. © 2015-2021 kineziolog.su .

Обычный результат мейоза у животных - гаметы, т.е. половые клетки с одинарным гаплоидным набором хромосом вместо двойного диплоидного, характерного для соматических (телесных) клеток. Но вот у растений результатом мейоза являются не гаметы, а споры. Хотя и в этом случае у спор получается гаплоидный набор хромосом. Т.е. мейоз приводит к гаплоидности.

Например, именно для этого используется процесс мейоза у мхов. Путём мейоза диплоидные формы мхов производят гаплоидные споры. Разумеется, споры не являются половыми клетками, но смысл мейоза даже у мхов остаётся стандартным: это двойное деление диплоидной клетки, приводящее к образованию четырёх гаплоидных клеток (только в данном случае спор, а не гамет). Споры не могут участвовать в оплодотворении, они должны вначале вырасти во взрослое растение (гаплоидное), которое и произведёт половые клетки (путём митоза, а не мейоза).

Так что у мхов половые клетки (гаметы) производятся гаплоидными взрослыми растениями из уже гаплоидных соматических клеток, поэтому у них сперматозоиды и яйцеклетки образуются в результате митоза, а не мейоза.

Итак, у растений: мейозом производятся споры, а митозом - гаметы (половые клетки). Т.е. растения применяют мейоз и митоз "наоборот" по сравнению с животными.

Образно можно сказать, что мейоз - "решительный" процесс! Он начинает решать стоящую перед ним задачу сразу же, т.е. уже в профазе первого деления из двух. И эта задача - образование одинарного набора хромосом из двойного. Ниже написано, что именно происходит в профазе 1.

Для того чтобы получить одинарный набор хромосом вместо двойного, в мейозе проходит два деления подряд. Причём главная задача - получение одинарного хромосомного набора вместо двойного - решается уже в первом делении. Распределяются по двум дочерним клеткам не "половинки" хромосом, как это происходит при митозе, а парные гомологичные хромосомы. Поэтому первое деление мейоза так и называется - редукционное, т.е. сокращающее, потому что оно сокращает хромосомный набор в два раза. Второе деление мейоза (эквационное) решает второстепенную задачу - разделяет каждую хромосому на 2 сестринские хроматиды и равномерно распределяет эти хроматиды на 2 клетки.

Как легче понять и запомнить формулы, обозначающие количественные показатели хромосомного набора на разных фазах мейоза?

Расшифровка формул хромосомного набора

1n - одинарный набор хромосом (1 - одинарный, n - набор)

2n - двойной набор хромосом (2 - двойной, n - набор)

Стадии профазы 1

Запоминалка для стадий профазы I мейоза:

"Лето знойное пышет двойной духотой".

Лептотена, зиготена, пахитена, диплотена, диакинез.

1. Лептотена (тонкие нити). Хромосомы слабо конденсированы, поэтому они тонкие и плохо заметны. Они уже удвоенные после прошедшего в интерфазе синтетического периода, и каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид. Но эти сестринские хроматиды настолько сближены, что хромосомы имеют вид одиночных тонких нитей. Теломеры хромосом всё ещё прикреплены к ядерной мембране.

2. Зиготена (попарно слипшиеся нити). Начинается самое главное событие для всего мейоза - гомологичные хромосомы объединяются в пары. Это важнейший шаг для перехода от диплоидного (двойного) набора хромосом к гаплоидному (одинарному). Например, у человека после слипания гомологичных хромосом вместо 46 отдельных хромосомных образований теперь можно будет насчитать всего 23, что соответствует не диплоидному, а гаплоидному набору, хотя хромосом по-прежнему 46 и их комплект в клетке по-прежнему диплоидный. Обратите внимание на то, что этот процесс объединения гомологичных хромосом отсутствует в митозе. Итак, происходит конъюгация (слипание) гомологичных хромосом. Пару конъюгирующих гомологичных хромосом называют "бивалент" ("би-" означает "двойной"), или "тетрада" ("тетра" означает "четыре" ). Каждый двойной хромосомный бивалент состоит из четырёх хроматид, поэтому одновременно он является хроматидной тетрадой. Начинается распад ядерной оболочки на фрагменты, центриоли расходятся к разным полюсам клетки, образуется веретено деления, исчезают ядрышки. Продолжается конденсация (уплотнение) двухроматидных хромосом, находящихся уже в виде бивалентов. Кстати, именно на стадии зиготены созревающие мужские половые клетки перемещаются сквозь слой гемато-тестикулярного барьера, созданный сплошными отростками поддерживающих клеток (сустентоцитов), и становятся забарьерными структурами. Они попадают во внутренний отдел семенных канальцев, отделённый от остальных тканей организма и защищённый от действия иммунной системы, что позволяет им вырабатывать белки, являющиеся антигенами для собственного организма.

3. Пахитена (толстые пухлые нити). Процесс спирализации хромосом продолжается, причем в гомологичных хромосомах он происходит синхронно. Становится хорошо заметно, что хромосомы двухроматидные. Важнейшим событием пахитены является кроссинговер – обмен участками между несестринскими хроматидами гомологичных хромосом. Кроссинговер приводит к первой во время мейоза рекомбинации генов.

4. Диплотена (двойные нити). Хромосомы в бивалентах перекручиваются и начинают отталкиваться друг от друга. Процесс отталкивания начинается в области центромеры и распространяется по всей длине бивалентов. Однако они все еще остаются связанными друг с другом в некоторых точках. Их называют хиазмы. Эти точки появляются в местах кроссинговера.

5. Диакинез (раздвижение, раздвоение). Хромосомы максимально укорачиваются и утолщаются за счет спирализации хроматид, ядерная оболочка почти полностью разрушена. Происходит сползание хиазм к концам хроматид.

Видео: Мейоз поподробнее

Видео: Мейоз у растений и животных

Гаметогенез

Гаметогенез (образование гамет - половых клеток) - это более широкое понятие, чем мейоз (хотя мейоз - это тоже образование половых клеток). Но в дополнение к процессу мейоза (т.е. деления клеток) гаметогенез включает в себя также процесс дифференцировки половых клеток, т.е. их преобразование и формирование зрелых гамет. Для обозначения разных стадий дифференцировки половых клеток используют особые термины.

Образование гамет происходит не совсем одинаково в женском и мужском организме.

Сперматогенез - это "мужской" вариант гаметогенеза, образование сперматозоидов.

Овогенез (=оогенез) - это "женский" вариант гаметогенеза, образование яйцеклеток.

testis.jpg

Рис. 1: Сперматогенез

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 гаплоидные (споры, гаметофит и гаметы – 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, в нём образуется яйцеклетка. Внутри пыльцевого мешка микроспора превращается в мужской гаметофит – пыльцевое зерно, в нем образуются спермии. У покрытосеменных растений происходит двойное оплодотворение.

================
* Гаметофит называется заростком только у папоротников, хвощей и плаунов.
** Половые клетки образуются в половых органах гаметофита: женские – в архегониях, мужские – в антеридиях.

Еще можно почитать

Задания части 1

Выберите один, наиболее правильный вариант. Спермии у растений образуются в результате
1) митоза
2) оплодотворения
3) мейоза
4) роста

МХИ
1. Установите правильную последовательность в смене стадий в цикле развития мха, начиная с образования спор. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) образование спорофита
2) образование зеленой нити (протонемы)
3) формирование взрослого гаметофита
4) образование спор
5) оплодотворение

2. Установите последовательность стадий жизненного цикла мха сфагнума, начиная с оплодотворения. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) оплодотворение
2) развитие листостебельного растения
3) развитие коробочки на ножке
4) развитие половых органов и гамет
5) развитие спор
6) прорастание протонемы

3. Установите последовательность стадий в жизненном цикле зеленого мха, начиная с прорастания споры. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) развитие листостебельного растения
2) созревание спор в спорангии
3) прорастание споры и образование протонемы
4) образование гамет и оплодотворение
5) формирование молодого спорофита из зиготы

4. Определите последовательность процессов, происходящих в жизненном цикле мха кукушкин лен, начиная с результата слияния гамет. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) формирование протонемы
2) образование гамет
3) деление клеток спорангия мейозом
4) развитие спорофита
5) образование зиготы

Установите соответствие между стадией развития мха кукушкин лён и её плоидностью: 1) Гаплоидная, 2) Диплоидная. Запишите цифры 1 и 2 в правильном порядке.
А) Спора
Б) Протонема (зелёная нить)
В) Листостебельное растение
Г) Коробочка
Д) Гаметы
Е) Зигота

МХИ - ПОКРЫТОСЕМЕННЫЕ
Установите соответствие между процессами в жизненных циклах и отделами растений: 1) Покрытосеменные, 2) Моховидные. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам.
А) участие воды в оплодотворении
Б) образование спорогона на гаметофите
В) формирование мегаспоры в семязачатке
Г) образование протонемы
Д) митоз генеративной клетки пыльцового зерна
Е) двойное оплодотворение

ПАПОРОТНИКИ
1. Установите последовательность стадий развития папоротника, начиная с момента прорастания спор. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) оплодотворение на заростке
2) формирование гамет на гаметофите
3) прорастание споры и формирование заростка
4) развитие из зиготы побега с придаточными корнями
5) формирование многолетнего растения (спорофита)

2. Установите последовательность стадий развития папоротника, начиная с прорастания споры. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) образование гамет
2) оплодотворение и образование зиготы
3) развитие взрослого растения (спорофит)
4) образование заростка

3. Установите правильную последовательность жизненного цикла папоротника, начиная с взрослого растения. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) Спорофит
2) Заросток
3) Споры
4) Зигота
5) Гаметы

4. Определите последовательность стадий развития папоротника, начиная с оплодотворения. Запишите цифры, под которыми они указаны.
1) развитие заростка
2) оплодотворение
3) развитие спорофита
4) образование архегониев и антеридиев
5) образование спорангиев
6) прорастание споры

5. Установите последовательность этапов жизненного цикла папоротника, начиная с формирования взрослого растения. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) образование коробочек на вайях
2) созревание гамет
3) развитие заростка
4) образование зиготы
5) формирование спорофита

6. Установите последовательность развития папоротников, начиная со взрослого организма. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) развитие на нижней стороне заростка мужских и женских гамет
2) образование на нижней стороне листа папоротника спорангиев со спорами
3) передвижение сперматозоидов к яйцеклетке с помощью воды, оплодотворение
4) прорастание споры и развитие из неё маленькой зелёной пластинки – заростка
5) развитие из зиготы зародыша, который превращается во взрослое растение

ПАПОРОТНИКИ ПЛОИДНОСТЬ
1. Установите соответствие между стадией развитие папоротника и ее плоидностью: 1) гаплоидная, 2) диплоидная. Запишите цифры 1 и 2 в правильном порядке.
А) спора
Б) заросток
В) зрелый спорофит
Г) молодой спорофит
Д) гамета

2. Выберите гаплоидные стадии развития папоротника. Определите два организма имеющие гаплоидный набор, и запишите цифры, под которыми они указаны.
1) спермий
2) спорангий
3) листья
4) спора
5) зигота

ХВОЩИ - ПЛАУНЫ
1. Установите последовательность стадий развития хвоща, начиная с момента прорастания спор. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) оплодотворение на заростке
2) формирование гамет на гаметофите
3) прорастание споры и формирование заростка
4) митоз зиготы и развитие проростка
5) формирование на спорофите вегетативных органов и спороносного колоска

2. Установите последовательность процессов в цикле развития хвоща, начиная с оплодотворения
1) развитие взрослого растения (спорофита)
2) развитие заростка
3) созревание спор
4) образование мужских и женских гамет
5) образование зиготы

ГОЛОСЕМЕННЫЕ
Установите последовательность процессов, происходящих при размножении сосны обыкновенной, начиная с прохождения мейоза. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) прорастание пыльцевой трубки
2) деление микроспоры
3) формирование пыльцевого зерна
4) оплодотворение
5) ветроопыление

ЦВЕТКОВЫЕ
1. Какой хромосомный набор характерен для клеток зародыша семени, эндосперма семени, листьев ячменя? Запишите три числа в порядке, указанном в задании, без разделителей (пробелов, запятых и т.п.).

2. Какой хромосомный набор характерен для клеток эндосперма семян, яйцеклетки и корня цветкового растения? Запишите три цифры в порядке, указанном в задании, без разделителей (пробелов, запятых и т.п.).

3. Какой хромосомный набор характерен для клеток эндосперма семени, спермия и листьев вишни? Запишите три цифры в порядке, указанном в задании, без разделителей (пробелов, запятых и т.п.).

4. Какой хромосомный набор характерен для вегетативной, генеративной клеток и спермиев пыльцевого зерна цветкового растения? Запишите три числа в порядке, указанном в задании, без разделителей (пробелов, запятых и т.п.).

5. Какой хромосомный набор характерен для макроспоры, из которой в дальнейшем формируется восьмиядерный зародышевый мешок, и яйцеклетки цветкового растения? Запишите два числа в порядке, указанном в задании, без разделителей (пробелов, запятых и т.п.).

ГОЛОСЕМЕННЫЕ
Какой хромосомный набор характерен для клеток чешуек мужской шишки и микроспоры ели? Запишите два числа в порядке, указанном в задании, без разделителей (пробелов, запятых и т.п.).

Какой хромосомный набор характерен для клеток пыльцевого зерна и спермиев сосны? Запишите два числа в порядке, указанном в задании, без разделителей (пробелов, запятых и т.п.).

Какой хромосомный набор характерен для клеток материнской клетки микроспор перед началом деления и для каждой клетки тетрады микроспор перед началом деления? Запишите два числа в порядке, указанном в задании, без разделителей (пробелов, запятых и т.п.).

ПАПОРОТНИКИ
Какой хромосомный набор характерен для спор и клеток заростка папоротника? Запишите два числа в порядке, указанном в задании, без разделителей (пробелов, запятых и т.п.).

Какой хромосомный набор характерен для клеток спорофита и клеток заростка папоротника? Запишите два числа в порядке, указанном в задании, без разделителей (пробелов, запятых и т.п.).

Какой хромосомный набор характерен для клеток листьев и спор папоротника? Запишите два числа в порядке, указанном в задании, без разделителей (пробелов, запятых и т.п.).

Какой хромосомный набор содержится в заростке папоротника перед началом образования сперматозоидов и перед первым делением зиготы? Запишите два числа в порядке, указанном в задании, без разделителей (пробелов, запятых и т.п.).

ХВОЩИ, ПЛАУНЫ
1. Какой хромосомный набор характерен для гамет (яйцеклетки и сперматозоидов) и спор хвоща полевого? Запишите два числа в порядке, указанном в задании, без разделителей (пробелов, запятых и т.п.).

2. Какой хромосомный набор характерен для клеток зародыша и спор хвоща полевого? Запишите два числа в порядке, указанном в задании, без разделителей (пробелов, запятых и т.п.).

МХИ
1. Какой хромосомный набор в клетках взрослого растения и спорах кукушкина льна? Запишите два числа в порядке, указанном в задании, без разделителей (пробелов, запятых и т.п.).

2. Какой хромосомный набор характерен для клеток взрослого растения и споры сфагнума? Запишите два числа в порядке, указанном в задании, без разделителей (пробелов, запятых и т.п.).

3. Определите число хромосом (n) при образовании споры кукушкина льна в начале деления спорогония и после первого деления. Запишите два числа в порядке, указанном в задании, без разделителей (пробелов, запятых и т.п.).

4. Какой хромосомный набор характерен для спор и гамет растения кукушкин лен? Запишите два числа в порядке, указанном в задании, без разделителей (пробелов, запятых и т.п.).

5. Какой хромосомный набор характерен для клеток спорогона (коробочки на ножке) и спор сфагнума? Запишите два числа в порядке, указанном в задании, без разделителей (пробелов, запятых и т.п.).

ВОДОРОСЛИ
У хламидомонады преобладающим поколением является гаметофит. Определите хромосомный набор спор и гамет хламидомонады. Запишите два числа в порядке, указанном в задании, без разделителей (пробелов, запятых и т.п.).

У зеленой водоросли улотрикса преобладающим поколением является гаметофит. Какой хромосомный набор имеют клетки взрослого организма и спорофита? Запишите два числа в порядке, указанном в задании, без разделителей (пробелов, запятых и т.п.).

ОДНО ЧИСЛО
Какой хромосомный набор характерен для макроспоры, из которой в дальнейшем формируется восьмиядерный зародышевый мешок и яйцеклетка цветкового растения? В ответ запишите только число.

В соматической клетке спорофита цветкового растения 24 хромосомы. Сколько хромосом в микроспоре этого растения? В ответе запишите только число.

В клетке листа кукурузы 20 хромосом. Сколько хромосом имеет центральная клетка зародышевого мешка кукурузы до оплодотворения? В ответе запишите только количество хромосом.

Рассмотрите схему онтогенеза листостебельного мха. Определите две стадии онтогенеза с диплоидным набором хромосом и запишите цифры, под которыми они указаны.

Каким номером на рисунке обозначена диплоидная стадия жизненного цикла?

Установите соответствие между характеристиками и стадиями жизненного цикла, обозначенными на рисунке цифрами 1-4. Запишите цифры 1-4 в порядке, соответствующем буквам.

А) является подвижной спорой (зооспорой)
Б) имеет генетический материал от двух родительских особей
В) имеет столько же хромосом, что и стадия 5
Г) участвует в оплодотворении других клеток
Д) стадия с самым активным метаболизмом
Е) представлена одной неподвижной клеткой

ВООБЩЕ
Установите последовательность развития растений, начиная со споры. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) гаметофит
2) оплодотворение
3) спора
4) зигота
5) гаметогенез
6) спорофит

Установите последовательность стадий жизненного цикла организма со споротической редукцией, начиная с образования зиготы. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) образование гаплоидных спор
2) образование гаплоидных гамет
3) развитие зародыша
4) рост взрослого организма – спорофита
5) формирование гаметофита

Установите соответствие между видом клетки и способом её образования: 1) митоз, 2) мейоз. Запишите цифры 1 и 2 в правильном порядке.
А) спора мха
Б) сперматозоид мха
В) сперматозоид обезьяны
Г) яйцеклетка подсолнечника
Д) микроспоры мака
Е) клетка архегония папоротника

ВООБЩЕ ДИПЛОИДНОСТЬ
Выберите две клетки, в которых набор хромосом диплоиден. Запишите цифры, под которыми они указаны.
1) Клетки заростка папоротника
2) Клетки коробочки мха
3) Спермии ржи
4) Споры хвоща
5) Клетки камбия липы

ВООБЩЕ ГАПЛОИДНОСТЬ
Выберите клетки, в которых набор хромосом гаплоиден. Определите три верных утверждения и запишите цифры, под которыми они указаны.
1) клетки заростка папоротника
2) клетки коробочки мха
3) клетки камбия липы
4) спермии ржи
5) клетки эндосперма пшеницы
6) споры хвоща

Но не спешите с выводами, а положитесь, пожалуйста, на мой опыт репетитора по биологии. То, о чем мы сегодня поговорим, может оказаться многим полезным. А говорить мы будем о тех недоразумениях, которые возникают на экзаменах при ответе на эти вопросы.

Опять, возможно, начну с долей критики в адрес учебников. Тема деления, размножения клеток настолько важна, что ей уделяется действительно много места. Казалось бы, что еще может быть лучше: для объяснения процессов приводится груда цветных иллюстраций и всевозможных схем.

А что должно действительно остаться в голове надолго, чтобы в итоге не делать самых простых ошибок ни на экзаменах, ни, что еще важнее, в своей жизни.

1. Хотя бы не путать сами названия процессов друг с другом

из одной исходной клетки образуется две, совершенно одинаковые по генетической информации как друг с другом, так и с родительской клеткой.

Причем, что очень важно помнить, каждая нить при этом — однохроматидная — 1с, то есть в 2n хроматиновом (хромосомном) наборе гомологов — 2с хроматиновой информации.

И вот только после завершения постсинтетического периода интерфазы G2, подготовив всё необходимое, клетка приступает сначала к делению ядра кариокинезу или митозу , а затем происходит и само деление клетки — цитокинез.

А какова суть мейоза?

И вот сейчас, запомните мою крамольную мысль. Мейоз в отличие от митоза — это не размножение. Это способ образования гаплоидных клеток (спор — у растений и половых клеток гамет — у животных). Гаметы лишь после процесса оплодотворения, который в данном случае и является половым размножением, послужат образованию нового организма.

Еще раз обращаю ваше внимание, что у животных организмов мейозом делятся клетки специализированных тканей гонад, из которых образуются гаметы или половые клетки. А у растений мейозом образуются споры, у уже потом путем митозов образуются гаметы.

А вот почему гаплоидные споры нельзя считать половыми клетками читайте в статье «Чередование поколений«.

Мейозу, как и митозу, предшествует удвоение генетического материала клетки, но мейоз протекает в два этапа мейоз I и мейоз II.

Сама редукция числа хромосом, то есть уменьшение их количества в два раза происходит уже после первого этапа мейоза, поскольку а профазу мейоза I происходила коньюгация гомологичных хромосом, но хромосомы в двух образовавшихся гаплоидных клетках остаются еще двухроматидными (1n2c).

2. Что еще очень важно помнить любому, особенно молодым людям — потенциальным родителям

И в этот момент образования и яйцеклеток, и сперматозоидов особенно важно, что бы не было воздействия на организм человека никаких неблагоприятных факторов (нервных потрясений, больших доз лекарственных препаратов, алкоголя, никотина и других наркотических средств), способных привести к ошибкам кроссинговера при мейозе (а, значит, и к появлению генетически неполноценного потомства).

3. На что еще следует обратить внимание

Даже если хорошо помнится, что митозом размножаются все соматические клетки организма, а мейоз — способ образования половых клеток, допускается следующая ошибка.

Да, мейоз — способ образования половых клеток, но… Но только у животных организмов. Снова хочу подчеркнуть, что у всех высших растений (мхов, папоротников, голосеменных и покрытосеменных растений) мейотическому делению подвергаются споры! В дальнейшем из гаплоидных спор путем митозов формируются половые клетки растений — гаметы.

Авторам школьных учебников следовало бы именно на это обратить внимание, поскольку составители тестовых заданий любят (и они правы) включать вопросы по основополагающим процессам функционирования живых систем. А способы размножения клеток живых организмов и способы полового размножения организмов разных таксонов как раз и относятся к таким процессам.

До сих пор ломаю голову, как мог он знать тогда о возможных ошибках кроссинговера при мейозе?

У кого есть вопросы по статье к репетитору ЕГЭ по биологии по Скайпу, замечания, пожелания — прошу в комментарии.

У меня на блоге вы можете приобрести ответы на все тесты ОБЗ ФИПИ за все годы проведения экзаменов по ЕГЭ и ОГЭ (ГИА).

При половом размножении постоянно создаются новые комбинации генов, что увеличивает генетическое разнообразие потомства и, соответственно, шансы приспособиться к меняющимся условиям среды. Создание новых комбинаций генов происходит в процессе мейоза. Мейоз имеет место в ходе образования гаплоидных клеток — спор или гамет. При этом хромосомы, доставшиеся организму от матери и отца, перестают существовать как целое — в результате кроссинговера образуются новые варианты хромосом, скомбинированные из отцовских и материнских. Таким образом, хромосомы детей, как правило, не идентичны хромосомам родителей — они содержат другие комбинации аллелей (вариантов генов).

В ходе мейоза происходит редукция хромосомного набора — образование из диплоидной клетки 4 гаплоидных клеток (n), у которых каждая хромосома представлена уже не парой гомологов, а 1 хромосомой. У человека путем мейоза образуются половые клетки (гаметы), каждая из них несет 23 хромосомы.

Диплоидность клеток в жизненном цикле восстанавливается при оплодотворении — слиянии гамет. При этом объединяются два разных хромосомных набора из двух разных геномов (генома матери и генома отца).

У других организмов соотношение диплоидной и гаплоидной фаз цикла может быть разным. Разные организмы демонстрируют большое разнообразие жизненных циклов, однако во всех них можно выделить диплоидную фазу, или диплофазу — от оплодотворения до мейоза — и гаплоидную фазу, или гаплофазу — от мейоза до следующего оплодотворения.

Например, у животных (слева) гаплоидны только гаметы, у растений (посередине) есть диплоидное поколение (спорофит) и гаплоидное поколение (гаметофит), а у многих одноклеточных преобладает гаплоидная фаза, а зигота после оплодотворения делится мейозом, в результате чего снова получаются гаплоидные клетки.

Соотношение гаплоидной и диплоидной стадии в жизненном цикле разных организмов может быть разным. Как мы уже видели, у животных единственной стадией является диплоидная, а гаплоидны только гаметы. У некоторых организмов, наоборот, единственной стадией является гаплоидная, а диплоидна только зигота, которая сразу после полового процесса вступает в мейоз. Такую ситуацию мы можем наблюдать, например, у хламидомонады. У большинства растений обе фазы представлены. У мхов привычные нам зеленые растения являются гаплоидными. На них формируются органы полового размножения: антеридии, в которых образуются сперматозоиды, и архегонии, в каждом из которых имеется одна яйцеклетка. Образующиеся гаметы после оплодотворения дают диплоидную стадию, которая развивается непосредственно на гаплоидной. Она представляет собой тонкую длинную нить с расширением на конце. Она коричневого цвета, т. к. не содержит хлорофилла, неспособна к фотосинтезу и живет за счет гаплоидной части растения. Внутри расширения, называемого коробочкой, множество клеток делится мейозом, образуя гаплоидные споры. Споры дают начало зеленым гаплоидным растениям. Таким образом, основной стадией у мхов является гаплоидная.

Основная жизненная стадия у папоротникообразных — диплоидная. На листьях папоротников или в специальных структурах у хвощей и плаунов образуются спорангии, в которых в результате мейоза формируются мелкие одноклеточные споры. Разлетаясь и попадая в подходящие условия, они дают начало гаплоидной стадии — заростку. На заростках образуются антеридии и архегонии, формируются гаметы, происходит оплодотворение, и из зиготы развивается диплоидное растение. У семенных растений самостоятельной гаплоидной стадии не существует, она представлена группами клеток, развивающихся в специальных органах диплоидных родительских организмов. Некоторое время отдельно существует только мужской гаметофит в виде пыльцевого зерна, но в нем в это время не происходит заметных процессов жизнедеятельности. После оплодотворения из зиготы новый диплоидный организм первые этапы развития также проходит внутри материнского организма.

Систематическое положение

Высшие споровые растения

Отдел: моховидные, или настоящие мхи

Класс: листостебельные, или настоящие, мхи

Класс: сфагновые мхи

Отдел: печеночные мхи

Отдел: антоцеротовые мхи

Бриология — наука о моховидных.

Основная характеристика отдела Моховидные

Небольшие размеры.
Влажные местообитания.
Отсутствие корней, есть ризоиды.
Отсутствие проводящей ткани.
Для полового размножения необходимо присутствие капельножидкой влаги для передвижения сперматозоидов.
В жизненном цикле чередование поколений с преобладанием гаплоидного гаметофита (!).

Отдел Моховидные

КЛАСС ЛИСТОСТЕБЕЛЬНЫЕ МХИ

Кукушкин лен (Рис. 1)

Широко распространен во влажных лесах умеренной зоны. Его коричневатый стебель, достигающий в длину 30 см, содержит мертвые вытянутые клетки, выполняющие функцию проведения и накопления воды. Простые листочки состоят из нескольких слоев зеленых клеток и не имеют жилок. В нижней части стебля молодого мха образуются одноклеточные выросты — ризоиды, выполняющие функцию поглощения воды и минеральных солей. Обычно кукушкин лен растет в виде куртин, в которых содержится несколько сотен особей. Зеленые растения мха — это гаплоидная стадия, или гаметофит. Мох кукушкин лен — раздельнополое, или двудомное, растение. На верхушке одних растений формируются женские органы, называемые архегониями (рис. 2).

Каждый архегоний содержит одну яйцеклетку. На мужских растениях развиваются антеридии — органы, представляющие собой мешочки, в которых образуются сперматозоиды. Так как растение гаплоидное, образование гамет не требует мейоза. Для оплодотворения мху нужна вода, по которой сперматозоиды могли бы переплыть на женское растение и проникнуть в архегоний. Для этого бывает достаточно дождя или обильной росы, капли которой лягут на верхушки растений. После оплодотворения из образовавшейся зиготы развивается диплоидный спорофит. Он растет на гаплоидном зеленом растении и использует образованные им вещества. Сам он не содержит хлорофилла и не фотосинтезирует. Он имеет вид длинной коричневой нити, называемой ножкой. Одним концом она прикреплена к верхушке гаметофита, а на другом образуется расширение, являющееся спорангием. В этом расширении формируются материнские клетки спор, которые делятся мейозом, образуя множество одноклеточных спор. Зрелый спорангий состоит из коробочки и крышечки. Крышечка отрывается, и споры высыпаются и разносятся ветром на большие расстояния. Из спор, попавших во влажное освещенное место, вырастает тонкая ветвящаяся нить (протонема). На ее концах формируются почки, дающие начало новым гаплоидным растениям.

КЛАСС СФАГНОВЫЕ МХИ

Мох Сфагнум

Важной группой мхов являются сфагновые мхи (рис. 3). Они широко распространены и образуют так называемые сфагновые, или верховые, болота. Верхушки сфагнума имеют светло-зеленые листочки. По мере роста мха нижняя его часть оказывается под толщей более молодых листочков, отмирает и начинает разлагаться. Ткани мха содержат карболовую кислоту, которая имеет мощное бактерицидное действие. Разложение мха происходит без доступа воздуха и в условиях почти полного отсутствия микроорганизмов. Мох практически не гниет и превращается в торф. Торф, как губка, удерживает влагу, происходит заболачивание лесов.

Сфагнум не имеет ризоидов. Он впитывает воду всей своей поверхностью. Мелкие светло-зеленые листья, покрывающие стебель и ветви, состоят из клеток двух хорошо различимых под микроскопом типов. Узкие зеленые фотосинтезирующие клетки образуют сетчатую структуру, в которой происходит движение органических веществ. Между ними находятся крупные прозрачные мертвые клетки, от которых остались только оболочки (рис. 4). Эти клетки служат резервуаром для воды. Через поры в их клеточных стенках происходит пополнение запасов воды из окружающего воздуха.

Сфагнум — однодомное растение. Архегонии (женские органы полового размножения) и антеридии (мужские органы полового размножения) располагаются на одном растении. Сперматозоиды (n) по каплям воды достигают яйцеклеток (n), происходит оплодотворение. Образуется зигота (2n), из которой вырастает спорангий. Там происходит мейоз и образуются гаплоидные (n) споры, дающие начала тонкой нити-предростку — протонеме (n). На ней образуется почка, прорастающая в новый гаметофит (n).

ОТРЯД ПЕЧЕНОЧНЫЕ МХИ

Небольшие нежные растения, тело которых представлено чаще всего слоевищем в виде пластинки неправильной формы. У некоторых слоевище несет чешуйки, соответствующие листьям. Есть многочисленные ризоиды. Протонема развита слабо.

Размножение половое (подобно другим мхам) и бесполое (с помощью особых почек).

Распространенный представитель печеночных мхов — маршанция (рис. 5).

ОТРЯД АНТОЦЕРОТОВЫЕ МХИ (РИС. 6)

Распространены большей частью в тропиках.

Спорофиты (спорогонии) рогообразной формы.

В основании ножки спорангия находится меристема, поэтому ножка постоянно растет. Образование и созревание спор происходит продолжительное время.

Большинство однодомны. Перекрестное опыление (женские и мужские гаметофиты созревают в разное время).

Значение мхов

Образование торфа.
Водный запас экосистем.
Виды, образующие экосистемы.
Содержат антибиотики.

Систематическое положение

Высшие споровые растения

Общая характеристика Папоротникообразных

Возникли в девоне. Биологического расцвета достигли в карбоне, став основной лесообразующей группой. Остатки лесов образовали обширные залежи каменного угля.
Наибольшее количество видов в тропической зоне.
Предпочитают влажные местообитания, т. к. мужские гаметы подвижны, и влага нужна для передвижения сперматозоида к яйцеклетке.
Есть ткани и органы.
В жизненном цикле преобладает диплоидный спорофит.
Размножение половое и бесполое (спорообразование).
Органы полового размножения многоклеточные.

Отдел Папоротниковидные

В настоящее время отдел насчитывает примерно 12 000 видов.

Жизненные формы: травы, деревья (рис. 1) и лианы (несколько тропических видов). Есть водные формы (сальвиния плавающая (рис. 2)).

Листья могут быть дифференцированы на стерильные и фертильные (ужовник (рис. 4)), или выполнять одновременно обе функции (большинство папоротников (рис. 5)). У страусника фертильные листья не фотосинтезируют (рис. 6).

Рис. 3 Рис. 4 Рис. 5

Большинство папоротников имеют подземное корневище и хорошо развитые придаточные корни (рис. 7).

Жизненный цикл папоротников включает чередование гаплоидного гаметофита и диплоидного спорофита с преобладанием спорофита. В жизненном цикле происходит чередование полового и бесполого размножения (рис. 8).

При бесполом размножении на нижней стороне листа образуются парные выросты —сорусы (рис. 9). Сорус представляет собой ножку и покрывальце, закрывающее снизу шаровидные спорангии (рис. 10), отходящие от основания ножки. В спорангиях формируются материнские клетки спор, которые делятся мейозом с образованием гаплоидных клеток, становящихся спорами. В сухую погоду края покрывальца отгибаются, а оболочка спорангия лопается из-за неравномерного утолщения стенок образующих ее клеток.

Из спор, попавших во влажное освещенное место, развивается гаплоидный гаметофит папоротника — заросток — в виде сердцевидной пластинки с многочисленными ризоидами. На его нижней стороне образуются антеридии со сперматозоидами и архегонии с яйцеклетками. Так же как и мхам, папоротникам для оплодотворения нужна вода. По ней многожгутиковые сперматозоиды папоротника плывут к архегониям. Там сперматозоиды сливаются с яйцеклеткой, образуя диплоидную зиготу. Из нее вырастает новое диплоидное растение.

В лесах умеренной зоны наиболее часто встречаются щитовник мужской, кочедыжник женский, орляк.

Отдел плауновидные

Побег стелющийся, дихотомически ветвящийся.
Листочки (филлоиды) мелкие простые с одной центральной жилкой.
Размножение половое и бесполое (спорообразование).
В жизненном цикле преобладает диплоидный спорофит.

Представителем плаунов, часто встречающихся в нашей стране, является плаун булавовидный (рис. 11).

В жизненном цикле плаунов, как и всех папоротникообразных, происходит чередование полового и бесполого размножения (рис. 12). На концах побегов плауна образуются прямостоячие спороносные колоски — стробилы. Спороносные колоски покрыты видоизмененными чешуевидными листочками — спорофиллами — на которых образуются спорангии. В спорангиях в результате мейоза образуются гаплоидные споры. Созревшие споры высыпаются, и из них развивается гаплоидный заросток. У многих видов плаунов заросток развивается под землей в течение нескольких лет, питаясь гетеротрофно, в основном за счет симбиоза с грибом. На зрелом гаметофите образуются архегонии с яйцеклетками и антеридии со сперматозоидами. После оплодотворения из зиготы развивается диплоидный спорофит, который питается за счет гаметофита, пока не достигнет поверхности земли, где он начинает фотосинтезировать.

Отдел хвощевидные

Древняя группа сосудистых растений, представленная в настоящее время примерно 30 видами.

Стебли полые, состоящие из отдельных члеников и выполняющие функцию фотосинтеза (рис. 13). Для увеличения прочности под эпидермой проходят пучки волокон склеренхимы, образуя ребра на поверхности стебля. Кроме того, в стеблях хвощей откладываются мелкие кристаллы окиси кремния, увеличивающие их жесткость.

Под землей у хвоща образуется густая сеть корневищ, служащих для вегетативного размножения и переживания зимы.

Весной из-под земли вырастают спороносные побеги. Они имеют коричневый цвет, т. к. не содержат хлорофилла и живут за счет накопленных в прошлом году запасов питательных веществ. На их спорофиллах в результате мейоза образуются гаплоидные споры, которые имеют специальные нитевидные выросты, меняющие форму в зависимости от влажности. Это позволяет им легче покидать спорангий и шире распространяться. Они дают начало гаплоидному заростку. Жизненный цикл хвощей похож на жизненный цикл папоротников (рис. 14).

Мейоз в жизненном цикле растений. У растений гаметогенез и размножение протекают иначе, чем у животных. Процесс мейоза происходит у них не на стадии образования гамет, а на стадии образования спор. Кроме того, у растений наблюдается чередование поколений с диплоидным (2n) и гаплоидным (n) набором хромосом.

Поколение с гаплоидным набором хромосом называется гаметофитом. На гаметофите образуются гаметы в процессе митоза. Поколение с диплоидным набором хромосом называется спорофитом, и на нем образуются споры в процессе мейоза. Гаметофит развивается из гаплоидных спор, а спорофит — из диплоидной зиготы, образующейся в результате оплодотворения.

Смена поколений идет по схеме: зигота (2n) —> спорофит (2n) —> мейоз —> споры (n) —> гаметофит (n) —> митоз —> гаметы (n) —>оплодотворение —> зигота (2n)

В цикле развития мейоз всегда происходит один раз. В зависимости от периода жизни спорофита и гаметофита взрослое растение может быть гаплоидным или диплоидным.

Размножение и развитие зеленых водорослей

У низших растений преобладающим поколением является гаметофит. Он размножается бесполым путем, образуя клетки, из которых развиваются взрослые особи. В определенный период на гаметофите образуются гаметы, разные или одинаковые по величине.

После слияния гамет образуется зигота, которая сразу же делится мейозом и образует споры, дающие начало новым гаметофитам. Таким образом, в жизненном цикле зеленых водорослей диплоидное поколение представлено только одной клеткой — зиготой.

Размножение и развитие высших споровых растений

У мхов, папоротников, плаунов и хвощей размножение происходит спорами.

У мхов взрослым растением является гаметофит (n) — половое поколение, которое развивается при прорастании споры (рис. 19).

Рис. 19. Схема образования (А) и развития (Б) зародышевого мешка: 1 — антиподы; 2 — два центральных ядра; 3 — синергиды; 4 — яйцеклетка

Это листостебельное растение, на побегах которого развиваются органы полового размножения — антеридии (мужские органы) и архегонии (женские органы). В антеридиях в процессе митоза образуются сперматозоиды, а в архегониях — яйцеклетка (как правило, одна). При наличии воды сперматозоиды проникают в архегонии и оплодотворяют яйцеклетку, при этом образуется зигота (2n). Из зиготы на гаметофите развивается спорофит (2n) в виде коробочки на ножке — спорогона. Спорофит не способен к самостоятельному существованию и питается за счет питательных веществ гаметофита. В спорангиях (коробочке) в результате мейоза образуются споры. Споры после созревания высыпаются и во влажной среде прорастают, давая начало новым гаметофитам.

Схема жизненного цикла мхов

У папоротников, плаунов и хвощей, наоборот, взрослым растением является спорофит, на котором в специальных органах — спорангиях в результате мейоза образуются споры (n). Споры после созревания высыпаются и прорастают (рис. 20).

Рис. 20. Схема образования (А) и развития (Б) пыльцевого зерна: 1 — вегетативная клетка; 2 — генеративная клетка

При прорастании споры развивается половое поколение — гаметофит, который представлен небольшим заростком и существует очень недолго. На заростке развиваются органы полового размножения — антеридии и архегонии, в которых в результате митоза развиваются гаметы. В антеридиях образуются сперматозоиды, а в архегониях созревает яйцеклетка.

Схема жизненного цикла папоротников

При наличии капельно-жидкой влаги сперматозоиды проникают в архегонии и оплодотворяют яйцеклетку, при этом образуется зигота. Из зиготы развивается зародыш, а далее молодое растение — спорофит.

Размножение и развитие семенных растений

У семенных растений размножение происходит семенами. Преобладающим поколением является спорофит, а гаметофит сильно редуцирован, развивается в спорофите и представлен лишь несколькими клетками.

Схема жизненного цикла голосеменных (на примере сосны)

Процесс развития семенных растений рассмотрим более подробно на примере цветковых растений. Взрослое растение имеет диплоидный набор хромосом и является спорофитом. Оно развивается из семени.

Репродуктивным органом является цветок. В цветке образуются женский орган — пестик и мужской — тычинки.

В завязи пестика в семязачатках из спорогенной ткани в результате мейоза образуются 4 споры (n), причем одна из них, крупная — мегаспора развивается в женский заросток — гаметофит; три другие, более мелкие, отмирают.

Мегаспора трижды делится митозом, и образуется восьмиядерный зародышевый мешок. Восемь ядер распределяются следующим образом. Ближнее к пыльцевходу крупное ядро — яйцеклетка, рядом два ядра помельче — две сопутствующие клетки — синергиды. На противоположном полюсе мешка располагаются три ядра — антиподы, а в центре располагаются два центральных ядра. Все ядра гаплоидные. Таким образом, женский гаметофит представлен восьмиядерным зародышевым мешком.

В тычинках, в пыльцевых мешках из ткани микроспорангия в результате мейоза образуется много мелких микроспор (n). Все споры развиваются и дают начало мужскому заростку — гаметофиту. Спора делится митозом и образует вегетативную и генеративную клетки. Ядро генеративной клетки делится еще раз, и образуется два спермия. Вегетативная и генеративная клетки покрываются оболочкой, образуется пыльцевое зерно. Таким образом, мужской гаметофит представлен двумя клетками.

При попадании пыльцы на рыльце пестика вегетативная клетка начинает прорастать, образуя пыльцевую трубку и продвигая генеративную клетку к пыльцевходу. Два спермия через пыльцевход проникают в зародышевый мешок. Один спермий сливается с яйцеклеткой, и образуется зигота (2n), из которой развивается зародыш семени. Другой спермий сливается с двумя ядрами центральной клетки, в результате чего образуется эндосперм (3n) семени, в котором запасаются питательные вещества.

Схема жизненного цикла покрытосеменных растений

Этот процесс называется двойным оплодотворением. Он был открыт русским ученым С. П. Навашиным. В результате двойного оплодотворения в семязачатке образуется семя, а из покрова семязачатка — семенная кожура. Вокруг семени из завязи и других частей цветка образуется плод (рис. 21).

Рис. 21. Схема двойного оплодотворения цветковых растений: 1 — пыльца; 2 — пыльцевая трубка вегетативной клетки; 3 — два спермия; 4 — яйцеклетка; 5 — два центральных ядра; 6 — семязачаток; 7 — эндосперм семени; 8 — зародыш; 9 — кожура семени из покрова семязачатка

У растений, при переходе от низших к высшим, наблюдается постепенное увеличение срока жизни спорофита. Начиная с папоротникообразных, у всех растений взрослый организм представлен спорофитом, а гаметофит претерпевает постепенно редукцию до одной или нескольких клеток.

Вопросы для самоконтроля

1. В чем заключается особенность жизненного цикла растений по сравнению с животными?

2. Как происходит чередование поколений у растений?

3. Что такое гаметофит и спорофит? В чем их отличие?

4. Какое поколение является господствующим у водорослей и мхов, папоротникообразных и семенных растений?

5. Как изменяется гаметофит от низших растений к высшим?

6. В чем их сходство и отличие гаметофита цветковых растений и мхов?

7. Какой процесс называется двойным оплодотворением? В чем его особенность?

6. Гаметогенез у животных

6. Гаметогенез у животных Гаметогенез — это процесс образования половых клеток. Многоклеточные животные имеют диплоидный набор хромосом (2n). В процессе гаметогенеза, в основе которого лежит мейоз, образующиеся гаметы имеют гаплоидный набор хромосом (n).Половые клетки

КЛАССИФИКАЦИЯ РАСТЕНИЙ ОСНОВНЫЕ СИСТЕМАТИЧЕСКИЕ ГРУППЫ. ГЛАВНЫЕ ПРИЗНАКИ ПОКРЫТОСЕМЕННЫХ РАСТЕНИЙ. ДВУДОЛЬНЫЕ И ОДНОДОЛЬНЫЕ

КЛАССИФИКАЦИЯ РАСТЕНИЙ ОСНОВНЫЕ СИСТЕМАТИЧЕСКИЕ ГРУППЫ. ГЛАВНЫЕ ПРИЗНАКИ ПОКРЫТОСЕМЕННЫХ РАСТЕНИЙ. ДВУДОЛЬНЫЕ И ОДНОДОЛЬНЫЕ 1. Систематика – это наука, изучающаяA. Происхождение растительного мираБ. Строение живых организмовB. Приспособление особей к окружающей

РАЗВИТИЕ РАСТИТЕЛЬНОГО МИРА ПРОИСХОЖДЕНИЕ РАСТЕНИЙ. ОХРАНА РАСТЕНИЙ

РАЗВИТИЕ РАСТИТЕЛЬНОГО МИРА ПРОИСХОЖДЕНИЕ РАСТЕНИЙ. ОХРАНА РАСТЕНИЙ 1. Палеонтология – это наука, изучающая:A. Строение растительных организмовБ. Геологическое строение ЗемлиB. Условия средыГ. Вымершие организмы и смену их во времени2. Первые живые организмы появились:A.

Незримые союзники растений

Незримые союзники растений Всем зеленым растениям необходима минеральная пища. Высасывая из почвы различные соли, они постепенно лишают ее плодородия. И если, например, из года в год на одном и том же поле высевать только рожь или пшеницу и не вносить никаких удобрений, то

Посадка растений

Посадка растений Рис. 16. подготовка растений к посадке:I – растение с комом земли выталкивают из горшка;II – ком разбивают и излишек почвы сбрасывают;III – корни растения обертывают волокнистым торфом или мхом, придавая им веретенообразную форму;IV – готовое к посадке

ИСКУССТВЕННЫЙ ОТБОР РАСТЕНИЙ

ИСКУССТВЕННЫЙ ОТБОР РАСТЕНИЙ Одним из пионеров селекции (искусственного отбора) растений был американец Лютер Бербанк. Он вывел многочисленные новые сорта растений. Пожалуй, самым известным его вкладом в селекцию растений является улучшение сортов картофеля. Однажды в

Защитные яды растений

4.3. Гаметогенез и эмбриогенез у животных

4.3. Гаметогенез и эмбриогенез у животных Разнообразие органического мира дает самое широкое многообразие онтогенезов. Хотя в учебниках процессы развития обычно демонстрируются на примере млекопитающих, к которым относится человек, не следует забывать, что для

8.5.7. Динамика ценопопуляций растений

8.5.7. Динамика ценопопуляций растений Все размерные и количественные характеристики растений в ценопопуляциях меняются в широком диапазоне.Меняются такие показатели, как общая численность и плотность, фитомасса, площадь, занятая популяцией, проективное покрытие,

9.2. Движения растений

9.2. Движения растений Обычно растения движутся путем роста.[181] Этот факт легче осознать, когда видишь их в ускоренной киносъемке: ростки вытягиваются и изгибаются к свету; разветвления корней устремляются вниз, в почву, а верхушки усиков и ползучих стеблей выбрасывают в

Распознавание растений

Распознавание растений Осы-охотницы и пчелы, жуки-навозники строят великолепные гнезда и заготовляют провизию для своего потомства. Если мать лишь откладывает яйца, оказываясь только производительницей зародышей, то она не обнаруживает строительных инстинктов: они

Соки растений

Соки растений Медвяной росой питаются муравьи, пчелы, осы, бабочки. Сами же тли сосут соки растений. Большой отряд насекомых — равнокрылые хоботные, куда относятся кроме тлей цикады, листоблошки, червецы и щитовки, а также алейродиды, — обладатели хоботков и питаются

Читайте также: