Чередование бесполого и полового поколений у растений

Биология. 10 класс

§ 32. Чередование способов размножения и поколений в жизненном цикле растений

*Образование половых клеток и оплодотворение у покрытосеменных

В § 29—3 вы познакомились с бесполым размножением растений, а сейчас более подробно рассмотрим половое размножение растений на примере покрытосеменных.

Вам уже известно строение и функции генеративного органа покрытосеменных — цветка. Рассмотрим процессы, протекающие в пыльнике тычинки и семязачатке завязи пестика.

Пыльник содержит пыльцевые гнезда (спорангии), в которых происходит образование спор. Из каждой материнской клетки путем деления образуется по четыре одноклеточные гаплоидные споры. Затем каждая спора делится на две клетки: крупную вегетативную и малую генеративную. Они покрываются двойной плотной оболочкой с порами, и образуется пыльцевое зерно (мужское половое поколение). После деления генеративной клетки формируются два спермия (мужские половые клетки без жгутиков). Все клетки в пыльцевом зерне гаплоидны.

Частью цветка, предопределяющей женский пол, является пестик . Он состоит из рыльца, столбика и завязи (см. рисунок в § 0—4). В завязи находится семязачаток (семяпочка), в котором снаружи имеются покровы. На верхушке семязачатка покровы не срастаются, и образуется пыльцевход. Одна из материнских клеток семязачатка вблизи пыльцевхода укрупняется, делится и образует четыре гаплоидные споры. Три из них погибают. Из четвертой споры после нескольких делений ядра и цитоплазмы образуется семь клеток. По три клетки с гаплоидным набором хромосом находится у каждого полюса, а между ними располагается крупная центральная диплоидная клетка. Одна из трех клеток у полюса возле пыльцевхода становится яйцеклеткой. Две соседние клетки называются клетками-синергидами, а три клетки на противоположном полюсе — клетками-антиподами. Образовавшаяся структура из семи клеток с яйцеклеткой представляет собой зародышевый мешок (женское половое поколение).

Перенос пыльцевого зерна из пыльника тычинки на рыльце пестика у покрытосеменных растений называется опылением. Оно может осуществляться с помощью насекомых, ветра, воды, птиц или самоопылением. После попадания на рыльце пестика пыльцевое зерно прорастает: вегетативная клетка вытягивается в длинную пыльцевую трубку, которая растворяет ткань столбика, проникает в полость завязи и через пыльцевход достигает зародышевого мешка. Спермии продвигаются по пыльцевой трубке, попадают в зародышевый мешок. Один из них оплодотворяет яйцеклетку зародышевого мешка, а второй сливается с центральной клеткой.

Этот тип оплодотворения был открыт в 1898 г. русским цитологом С. Г. Навашиным и получил название «двойное оплодотворение». Последовательность его этапов представлена на схеме.

После образования зиготы в зародышевом мешке погибают синергиды. Центральная триплоидная клетка многократно делится, в результате чего образуется эндосперм, который содержит запас питательных веществ. Из зиготы формируется зародыш семени. После его образования антиподы погибают. Формирование семени и плода показано на схеме.

У некоторых растений в образовании околоплодника могут принимать участие чашечка и цветоложе.

Таким образом, семя образуется из семязачатка, а на месте завязи развивается плод.

Биологический смысл двойного оплодотворения весьма велик. В отличие от голосеменных, где эндосперм развивается до оплодотворения, у покрытосеменных эндосперм образуется лишь в случае оплодотворения. Это обеспечивает существенную экономию энергетических ресурсов. Клетки эндосперма содержат триплоидный набор хромосом, что приводит к увеличению размеров клеток и количества питательных веществ, повышающих устойчивость зародыша к неблагоприятным факторам.

Источник

Биология

У всех наземных растений, некоторых наиболее высокоорганизованных водорослей и у мохообразных наблюдается чередование поколений. Бесполое поколение спорофит (размножается спорами) сменяется поколением гаметофитом (размножается половыми клетками – гаметами). Из-за чередования поколений «дети» не похожи на родительское растение, а похожи на поколение, которое предшествовало родителю. Отличие в поколениях заключается в способе их размножения.

У растения, которое размножается бесполым путем, есть очень маленькие клетки для размножения – споры (рис. 1).

Споры, которые возникли у бесполого поколения растения, разносятся ветром, попадая в благоприятную среду, из них вырастает новое растение, которое размножается половым путем – гаметами, половыми клетками. Когда половые клетки, женская и мужская, объединяются, образуется зигота, а из нее вырастает снова бесполое поколение (рис. 2).

Рис. 2. Образование зиготы двумя половыми клетками

Именно так происходит чередования поколений из спорофита в гаметофит, а затем снова в спорофит (рис. 3.)

Рис. 3. Схема чередования поколений

Это чередование поколений будет встречаться при изучении размножения мха, папоротника, сосны, одуванчика. Сосна и одуванчик не относятся к споровым растениям, но у них тоже есть споры.

Цель чередования поколений

У бесполого и полового размножения есть свои преимущества и недостатки. Преимущества бесполого размножения

— Участвует только один родитель, не требуется искать еще одно растение другого пола.

— Организм начинает развитие с больших размеров, а не из одной клетки. Например, срезав веточку растения, поставив ее в воду, она пустит корни, и после пересадки в почву будет уже целый новый организм, а не одна клетка.

Преимущество полового размножения

— Разнообразие потомков. В одном потомке объединены признаки от двух родителей.

Сперматозоид, мужская половая клетка несет информацию от одного родителя, а яйцеклетка, женская половая клетка, – от другого (рис. 4).

Рис. 4. Мужская и женская половые клетки

В процессе оплодотворения образуется зигота, несущая информацию двух половых клеток (рис. 5).

В результате чередования поколений у растений преимущества обоих видов размножения разделены между двумя поколениями, в процессе эволюции этот процесс оказался очень эффективным.

Что такое доминирующее поколение

Разные поколения в чередовании поколений могут отличаться по внешнему виду, размерам и длительности жизни. Существуют поколения, крупные по размерам, с большой продолжительностью жизни, а также маленькие по размерам, с недолгой продолжительностью жизни и менее самостоятельные. Крупные поколения называют доминирующими. Например, у мхов доминирующим является поколение-гаметофит (рис. 6), оно маленькое, в нем происходит фотосинтез. А спорофит мхов паразитирует на гаметофите (рис. 7), потому что не может обеспечить себя питательными веществами.

Рис. 6. Гаметофит кукушкиного льна (Источник)

Рис. 7. Спорофит кукушкиного льна

У папоротников доминирующий вид – спорофит (рис. 8), а гаметофит очень маленький, с малой продолжительностью жизни (рис. 9).

Рис. 8. Спорофит папоротника

Рис. 9. Гаметофит папоротника

Заключение

На уроке мы разобрались, как размножаются растения, что такое чередования поколений.

Список литературы

1. Био­ло­гия. Бак­те­рии, грибы, рас­те­ния. 6 кл.: учеб. для об­ще­об­ра­зо­ват. учре­жде­ний / В.В. Па­сеч­ник. – 14-е изд., сте­рео­тип. – М.: Дрофа, 2011. – 304 с.: ил.

2. Ти­хо­но­ва Е.Т., Ро­ма­но­ва Н.И. Био­ло­гия 6. – М.: Рус­ское слово.

3. Ис­а­е­ва Т.А., Ро­ма­но­ва Н.И. Био­ло­гия 6. – М.: Рус­ское слово.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Интернет-сайт myblog-bio.blogspot.ru (Источник)

2. Интернет-сайт beaplanet.ru (Источник)

3. Интернет-сайт myshared.ru (Источник)

Домашнее задание

3. Как называется клетка, несущая информацию от двух половых клеток, полученная в процессе оплодотворения?

Источник

Чередование поколений у растений: диплоидная (спорофит) и гаплоидная (гаметофит) фазы

Растениям свойственно биологическое явление, называемое чередованием поколений. Чередование поколений описывает жизненный цикл растения, как оно изменяется между половой и бесполой фазами (поколениями). Половая фаза растений, производящая гаметы, или половые клетки называется поколение гаметофит. Бесполая фаза образует споры и называется поколение спорофит. Каждое поколение развивается от другого, продолжая циклический процесс. Протисты, включая водоросли также проявляют такой тип жизненного цикла.

Размножение растений и животных

Растения и некоторые животные способны размножатся как бесполым, так и половым путем. При бесполом размножении потомство является точной копией родителя. Разные типы бесполого размножения, обычно встречающиеся у обоих растений и животных, включают партеногенез (потомство развивается из неоплодотворенного яйца), почкование (потомство развивается, через почку на теле родителя), а также фрагментация (потомство развивается из части или фрагмента родителя). Половое размножение включает в себя объединение гаплоидных клеток (клеток, содержащих только один набор хромосом), чтобы образовать диплоидные клетки (содержащую два набора хромосом).

У многоклеточных животных жизненный цикл состоит из одного поколения. Диплоидный организм вырабатывает гаплоидные половые клетки посредством мейоза. Все остальные клетки тела диплоидные и продуцируются митозом. Новый диплоидный организм создается путем слияния мужских и женских половых клеток во время оплодотворения. У диплоидных организмов нет чередования поколений между гаплоидной и диплоидной фазами.

В растительных многоклеточных организмах жизненные циклы варьируются между диплоидными и гаплоидными фазами. В диплоидной (спорофитной) фазе продуцируются гаплоидные споры через мейоз. По мере развития гаплоидных спор через митоз, умноженные клетки образуют гаплоидную структуру гаметофитов. Гаметофит представляет собой гаплоидную фазу цикла. После созревания гаметофит производит мужские и женские гаметы (половые клетки). Когда гаплоидные гаметы объединяются, они образуют диплоидную зиготу. Зигота развивается через митоз, образуя новый спорофит. Таким образом, в отличие от животных, растительные организмы могут чередоваться между диплоидными (спорофитами) и гаплоидными (гаметофитными) поколениями.

Сосудистые и несосудистые растения

Чередование поколений наблюдается как у сосудистых, так и несосудистых растений. Сосудистые растения содержат систему сосудистой ткани, которая транспортирует воду и питательные вещества по всему телу растения. Несосудистые растения не имеют такой системы и нуждаются во влажных местах обитания для выживания. К ним относятся мхи, ан­то­це­ро­то­вид­ные и печёночные мхи. Эти растения выглядят как зеленые маты растительности с выступающими из них стебельками. Первичной фазой жизненного цикла несосудистых растений является генерация гаметофитов. Фаза гаметофит состоит из зеленой мшистой растительности, а фаза спорофит состоит из удлиненных стеблей со спорангиями на концах.

Первичной фазой жизненного цикла сосудистых растений является генерация спорофитов. В сосудистых растениях, которые не производят семена, такие как папоротники и хвощи, поколения спорофитов и гаметофитов независимы. Например, у папоротников ветвь с листьями представляют собой зрелое диплоидное образование спорофитов. Спорангии на нижней стороне листьев вырабатывают гаплоидные споры, которые прорастают для образования гаплоидных гаметофитов папоротника (проталлий). Эти растения процветают во влажных условиях, так как вода необходима для оплодотворения.

Сосудистые растения, которые производят семена, не всегда зависят от влажных сред обитания для размножения. Семена защищают развивающиеся эмбрионы. Как в цветковых, так и в нецветковых растениях (хвойных) генерация гаметофитов полностью зависит от доминирующих поколений спорофит. В цветущих растениях репродуктивная структура — цветок. Цветок производит как мужские микроспоры, так и женские мегаспоры.

Сами микроспоры содержатся в пыльце и вырабатываются в тычинке растения, развиваясь в мужские половые клетки. Женские мегаспоры производятся в пестики растений и развиваются в женские гаметы. Во время опыления пыльца переносится ветром, насекомыми или другими животными в женскую часть цветка. Мужские и женские гаметы объединяются и развиваются в семя, а завязь образует плод. У хвойных, пыльца производится в мужских шишках, а в женских шишках после оплодотворение формируется зародыш.

Источник