Воспроизведение и размножение растений

Размножение — это способность организмов воспроизводить себе подобных и обеспечивать непрерывность и преемственность жизни.

Образование потомства, не приводящее к увеличению числа особей данного вида, называется воспроизведением.

При образовании потомства возможны следующие варианты.

  • 1. Воспроизведение, сопровождающееся размножением.
  • -* Ai

А Л2

  • —> Аз
  • 2. Воспроизведение, не сопровождающееся размножением.

А х —> Ai

  • 3. Размножение без воспроизведения: материнская особь производит потомков, не подобных ей.
  • 4. Образование потомства, не являющееся воспроизведением (потомок не подобен материнской особи) и не сопровождающееся размножением.

Ах->В

Типы размножения растений

  • 1. Вегетативное — это увеличение числа особей разделением вегетативного тела пли отделение от него вегетативных зачатков.
  • 2. Бесполое — это увеличение числа особей без образования гамет, делением клетки или спорами (специализированными клетками, возникающими путем митоза пли мейоза).
  • 3. Половое — это размножение, при котором образованию дочерних клеток предшествует половой процесс. При этом генотип дочерних особей может изменяться и обогащаться за счет различных рекомбинация индивидуальных признаков родителей.

Вегетативное размножение

Способность к вегетативному размножению характерна для растений в отличие от животных па всех уровнях организации. Оно основано на регенерации — способности восстанавливать целое из части.

Совокупность особей, возникающих из материнской вегетативным путем, называется клоном. При образовании клонов дочерние особи обычно несут па себе особенности возрастного состояния материнского растения.

Основные виды вегетативного размножения

  • 1. Естественное вегетативное размножение. Играет огромную роль в природе, служит для захвата территории, зачастую выступает в качестве основного антагониста семенного размножения. Осуществляется путем разрастания корневищ и последующей партикуляции. Другой способ — выводковыми почками — специализированными органами вегетативного размножения. Третий способ — зимующими почками — специализированными органами вегетативного размножения некоторых водных растений. Осенью они отделяются от перегнивающих побегов и зарываются в ил, весной всплывают и дают начало новому растению.
  • 2. Искусственное вегетативное размножение. Все виды естественного размножения используются человеком. Кроме того, существуют изобретенные человеком виды. Прежде всего, это черенкование. Черенком называется отрезок какого-либо вегетативного органа, служащий для размножения. Черенки могут быть стеблевыми, листовыми, корневыми. Разновидностью черенкования является размножение деревьев и кустарников отводками. При черенковании сохраняются все свойства сорта материнского растения, которые могут утрачиваться при семенном размножении.

Второй вид искусственного размножения — размножение прививкой или трансплантацией («метод ментора» И. В. Мичурина). Широко используется в плодоводстве, г. к. помогает сохранить все полезные свойства сорта и конкретного растения. Привой — отрезок материнского растения. При прививке он получает готовую корневую систем)7 подвоя — выращенного из семян молодого сеянца.

Клональное микроразмножение растений — это массовое бесполое размножение растений в культуре тканей и клеток, при котором все потомки генетически идентичны исходному растению. В его основе лежит присущая растительной клетке тотипотентность, благодаря которой каждая клет ка способна развиться в самостоятельный организм.

Размножение растений спорами

Спорами размножается большинство низших растений, грибы, из высших — мохообразные, плауновидные, хвощевидные, папоротникообразные.

Формирование спор на растении называется спороношением. Споры, возникшие в результате митоза, называются митоспора-ми, в результате мейоза— мейоспорами, подвижные споры называются зооспорами.

Орган, внутри которого формируются споры, называется спорангием.

У низших растений спорангий одноклеточный. При образовании спор одна клетка делится, образуются споры, которые выходят наружу при вскрывании оболочки спорангия.

У высших растений спорангий многоклеточный, имеет одно- пли многослойную стенку. Внутри него формируется спорогенная ткань, из которой путем мейоза образуются споры.

Спора, попавшая в благоприятные условия, прорастает в повое растение. При бесполом размножении образуется большое количество спор, дающих начало однородном}7 потомству, сходном}7 с материнским растением.

Половое размножение растений

11оловой процесс заключается в слиянии двух половых клеток — гамет — и образовании зиготы. При половом процессе из двух клеток образуется одна.

В зависимости от типов гамет выделяют следующие типы полового процесса:

  • 1. Изогамия — это слияние одинаковых по размеру и форме гамет.
  • 2. Гетерогамия — это слияние различных ио размерам и часто по форме гамет.
  • 3. Оогамия— это половой процесс, при котором одна маленькая подвижная гамета (сперматозоид) оплодотворяет большую неподвижную гамету (яйцеклетку). У ряда высших растений мужские гаметы утратили подвижность в процессе эволюции, они называются спермиями.

Биологическое значение оогамии:

  • 1. Крупные размеры яйцеклетки обеспечивают зиготе запас питательных веществ для ее дальнейшего развития.
  • 2. Неподвижность яйцеклетки создает предпосылки для внутреннего оплодотворения и лучшей защиты зиготы.
  • 3. Увеличение числа мужских гамет повышает эффективность полового процесса, а уменьшение их размеров обеспечивает возможность передвижения при малом количестве воды в условиях наземно-воздушной среды обитания.

Чередование ядерных фаз

При слиянии двух гамет число хромосом в ядре зиготы удваивается. 1 Тоэтому у всех организмов, которые размножаются половым путем, имеется процесс, обратный половому, который предусматривает предотвращением прогрессирующего удвоения числа хромосом в ряду последовательных поколений. Это процесс — редукционное деление, пли мейоз.

Оплодотворение и мейоз тесно связаны между собой и фактически представляют собой две стороны одного процесса. У растений, в отличие от животных, имеется несколько вариантов смены ядерных фаз.

  • 1. У гаплобионта гаметы образуются митотически. Они сливаются попарно. Диплоидная зигота делится путем мейоза. Четыре гаплоидные клетки — это мейоспоры.
  • 2. У диплобионта в результате мейоза образуются гаплоидные гаметы. После оплодотворения диплоидная зигота дает начало новым диплобионтам.

Чередование поколений

У ряда низших и всех высших растений чередование гаплофазы и диплофазы связано с более сложным процессов — чередованием поколений гаплобионтов и диплобионтов. В этом случае каждое последующее поколение особей отличается от предыдущего числом хромосом и нередко внешним видом и размерами.

Пример чередования поколений — папоротникообразные, щитовник мужской. Щитовник — диплобионт. На его листьях образуются группы спорангиев. В них клетки делятся мейотиче-скп, образуются тетрады гаплоидных мейоспор. Растение, производящее спорангии и мейоспоры, называется спорофитом пли бесполым поколением, т. к. образованию спор не предшествует половой процесс или образование гамет. В благоприятных условиях споры прорастают и дают начало заростку — гаплоидному поколению. На нижней стороне заростка образуются гаметангии. В них мптотическп формируются гаметы (сперматозоиды и яйцеклетки). Следовательно, заросток осуществляет функцию полового размножения, поэтому он называется гаметофитом или половым поколением.

Таким образом, у папоротника имеет место закономерная смена не только ядерных фаз, границами которых служат образование мейоспор и половой процесс, но и два различных по облику и функциям самостоятельных растения: бесполое и половое. Воспроизведение себе подобных осуществляется лишь через одно поколение. Спорофит производит потомство посредством мейоспор, гаметофит— посредством гамет. Такую смену поколений называют гетероморфной.

В связи с тем, что половой процесс и мейоз должны закономерно чередоваться, наблюдается правильная смена ядерных фаз, процессов образования спорангиев и мейоспор, гаметангиев и гамет, слияния гамет; происходит смена морфологического и физиологического состояния особей. Иногда все эти повторяющиеся в каждом поколении; особи всех поколений одинаковы, воспроизведение осуществляется без смены поколений.

Таким образом, в последовательной смене поколений четко выделяются промежутки — циклы воспроизведения. Цикл воспроизведения — это промежуток времени жизни вида, ограниченный двумя одноименными этапами в ходе цикла воспроизведения обязательно происходит смена ядериых фаз. У разных растений имеют место разные циклы воспроизведения.

У папоротников споры одинаковые по форме, размерам, физиологически; из них вырастают одинаковые заростки. Такие организмы называются равноспоровыми. У ряда высших растений образуются споры двух чипов и, соответственно, два тина заростков. Они называются разноспоровымп.

У разноспоровых растений намечается тенденция к лучшей защите влаголюбивого гаметофита. Вместе с тем, спорофит и гаметофит — это самостоятельные особи, хотя и с редуцированной способностью к самостоятельному питанию у мужского гаметофита. Половой процесс остается полностью зависимым от наличия воды хотя бы в капельножидком состоянии. Функции размножения и расселения выполняют споры, причем мегаспора приобретает главенствующую роль, т. к. обеспечивает защиту и питание заростка и зародыша.

Семенное размножение растений

У семенных растений органами воспроизведения, размножения и расселения служат семена.

Главное отличие семенных растений от высших споровых заключается в том, что гаметофиты, особенно женский, утратили способность к самостоятельному существованию и живут за счет спорофита. При этом достигается очень важное приспособление к наземно-воздушной среде обитания: полная независимость от воды при оплодотворении. Вместо этого у семенных растений возникает процесс опыления — перенос мужских гаметофитов по воздуху.

Семенные растения разноспоровые. Однако споры прорастают непосредственно в спорангии на материнском спорофите. Развитие гаметофитов, мужского и женского, происходит внутри микро- и мегаспорангиев.

Семя формируется из семязачатка или семяпочки — видоизмененных мегаспорангиев, внутри которых развивается женский гаметофит и происходит оплодотворение, а затем из зиготы формируется зародыш нового спорофита. После оплодотворения семязачаток превращается в семя.

Особенности цикла воспроизведения, формирования и рассеивания семян сосны обыкновенной.

Древесное растение сосна обыкновенная— это спорофит. На нем формируется два типа шишек: собрания мега- и микроспорофиллов, 1. е. органов бесполого размножения.

Женская шишка состоит из укороченной оси и сидящих на ней пленчатых чешуек, которые называются кроющими. В их пазухах располагаются одревесневающие семенные чешуи. Они гомологичны целому пазушному побегу, в состав которого входят и мегаспорофиллы, сросшиеся с осью побега. На верхней стороне семенной чешуи располагаются два семязачатка.

В семязачатке находится мегаспорангий. Мегаспоры не высыпаются из него. Они созревают и прорастают внутри, формируя женский заросток — многоклеточное бесцветное тело.

Мужские шишки состоят из короткой осп и тесно сидящих на ней микроспорофиллов — тонких пленчатых чешуй с двумя крупными микроспорангиями — пыльцевыми мешками на нижней стороне. Микроспоры начинают прорастать, как и мегаспоры, еще в спорангии. Из них формируются многочисленные мужские заростки, сильно редуцированные и не выходящие за пределы оболочки микроспоры. Мужской гаметофит — это пылинка, которая по воздуху переносится на женскую шишку. Происходит опыление. Пылинка образует пыльцевую трубку. По ней два спермия достигают яйцеклетки, и один из них производит оплодотворение. Такой тип оплодотворения называется сифоногамией.

После оплодотворения семязачаток превращается в семя. Зародыш вдвигается в ткань женского заростка. Она разрастается, обогащаясь запасными питательными веществами, и становится эндоспермом семени.

Таким образом, эндосперм семени голосеменных растений представляет собой гаплоидную ткань, в отличие от триплопд-ного эндосперма покрытосеменных, и образуется задолго до оплодотворения.

Семя голосеменных — сложное образование. В нем различают:

  • — диплоидную кожуру, принадлежащую материнскому спорофиту (мегаспорангию),
  • — гаплоидный эндосперм — женский заросток,
  • — диплоидный зародыш — дочерний спорофит, возникший после оплодотворения из зиготы.

В зрелом семени хвойных зародыш состоит из гипокотиля с зародышевым корешком, обращенным к микропиле, мутовки семядольных листьев, окружающих верхушечную почечку.

Таким образом, в цикле воспроизведения сосны имеется замаскированная смена поколений с резким преобладанием спорофита. Гаплоидные гаметофиты разнополы, сильно редуцированы и живут за счет спорофита. Самостоятельно существует только мужской гаметофит (пылинка) в период от высыпания из пыльника до прикрепления к женском}7 гаметофиту. Семена яв-ляются органами воспроизведения, размножения и расселения. Зрелое семя с зародышем — результат полового процесса, поэтому семенное размножение яв.кяется особым типом полового размножения.

Вопросы и задания для усвоения темы

  • 1. Дайте сравнительную характеристику вегетативного и генеративного размножения.
  • 2. Подготовьте краткое сообщение «И. В. Мичурин и метод ментора».
  • 3. Подготовьте краткое сообщение «Современное использование клонального микроразмножения растений».
  • 4. Дайте сравнительную характеристику бесполого и полового размножения растений.
  • 5. Какие виды чередования поколений существуют у растений? Для каждого вида приведите не менее трех примеров.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >