Оплодотворение цветковых растений и типы зародышевых мешков
Оплодотворение цветковых растений и типы зародышевых мешков
Оплодотворение у цветковых растений
Оплодотворение представляет собой процесс слияние половых клеток с последующим образованием диплоидной зиготы.
Цветковые растения характеризуются вариантом оплодотворения, происходящим в зародышевом мешке. Для понимания сути такого процесса, важно актуализировать особенности строения покрытосеменных растений.
Цветок — генеративный орган растения, который стоит на цветоножке и имеет цветоложе (верхняя расширенная часть). Все остальные части цветка располагаются именно на цветоложе. Это следующие части:
- чашелистики, которые вместе образуют чашечку;
- околоцветник, представляющий собой совокупность чашечки и венчика;
- лепестки. Основная их задача — привлекать внимание насекомых-опылителей. С помощью лепестков образуются различного цвета венчики с ярким запахом;
- тычинки. Они состоят из тычиночной нити и пыльника. В пыльнике происходит образование пыльцы, которая состоит из генеративной и вегетативной клеток;
- пестики, включающие завязь, столбик и рыльце. Внутри завязи пестика располагается семязачаток: в нем находится зародышевый мешок с семью клетками. Одна из таких клеток — это яйцеклетка, еще одна — центральная диплоидная клетка.
Где у цветковых растений развивается яйцеклетка?
У цветковых растений яйцеклетка формируется из гаплоидного ядра зародышевого мешка. Яйцеклетка — это клетка, которая образуется в завязи.
Что такое зародышевый мешок?
Зародышевый мешок — это женский гаметофит или половое поколение покрытосеменных растений.
Покрытосеменные растения отличаются особым процессом оплодотворения. Он получил название двойного, так как в нем присутствуют два спермия.
Двойное оплодотворение является процессом полового размножения покрытосеменных растений, в случае которого одним спермием оплодотворяется яйцеклетка, и в результате образуется диплоидная зигота, а другой спермий сливается с центральной клеткой и образует триплоидный эндосперм.
В пыльниках цветков образуются пыльцевые зерна — для них характерен гаплоидный набор хромосом. Ядро такого зерна имеет две части: генеративную и вегетативную. Когда зерно попадает на рыльце пестика, то прорастает. Его вегетативная часть служит базой для образования пыльцевой трубки — она спускается в столбик пестика и достигает завязи.
А с генеративной частью происходит еще одно деление, в результате которого образуются два спермия. Один спермий сливается с яйцеклеткой, а другой — с центральной клеткой. Как результат — происходит образование диплоидной зиготы и триплоидного эндосперма.
Открытие процесса двойного оплодотворения произошло в 1898 году С. Г. Навашиным.
С. Г. Навашин был российским и советским цитологом и эмбриологом растений, профессором Киевского университета с 1894 года, основателем отдельной научной школы, а также академиком Российской академии наук (1918 год). Ученому удалось открыть новый механизм объединения генетической информации растений — это стало прорывов в его научной области.
Есть несколько процессов, которые составляют механизм двойного оплодотворения:
- в ходе реализации процесса опыления пыльца попадает на рыльце пестика;
- вегетативная клетка пыльцы прорастает в пыльцевую трубку, растет через столбик, со временем доходя до зародышевого мешка;
- происходит разделение генеративной клетки на два спермия, которые постепенно двигаются по пыльцевой трубке и проникают в зародышевый мешок;
- один из спермиев оплодотворяет яйцеклетку — в итоге образуется диплоидная зигота. Позже из этой зиготы появляется зародыш;
- другой спермий отвечает за оплодотворение центральной диплоидной клетки — в итоге получается триплоидный эндосперм.
Эндосперм представляет собой оболочку зародыша цветкового растения, в которой находится определенный запас питательных веществ: она играет важную роль для правильного формирования зародыша при прорастании семени.
Основные виды зародышевых мешков
В зародышевом мешке есть тонкая плазматическая оболочка. Обычно мешок располагается в центре семяпочки: это обеспечивает высокую скорость обеспечения зародыша питательными веществами.
В комплексе запасных питательных веществ зародыша покрытосеменных растений можно выделить:
- жир;
- крахмал;
- аминокислоты;
- белки;
- аскорбиновую кислоту;
- окислительные ферменты;
- пектиновые вещества.
Для зародышевого мешка покрытосеменных растений характерен уникальный путь развития. Это качественно новое явление, встречающееся только у покрытосеменных растений: оно отличает их от других организмов.
У прочих высших растений зародышевого мешка нет.
У зародышевого мешка имеется большая полость, заполненная мелкозернистой цитоплазмой. Также в нем присутствует крупная вакуоль. Поэтому развивающееся из такого зародышевого мешка семя обеспечено лучшими, в сравнении с другими, условиями питания.
Зрелый зародышевый мешок подсолнечника отличается наличием 4-х антиподов: нижний развивается в гаустроий. Цитоплазма клеток аппарата яйцеклеток и центральных клеток характеризуется наличием различных капель жира.
Результатом последующих четырех делений станет образованный восьмиядерный зародыш с двумя полюсами.
Есть и моноспермические зародышевые мешки — они представлены четырех- и восьмиядерными зародышевыми мешками.
Важно, что развитие зародышевого мешка происходит только из одной макроспоры, а остальные просто отмирают.
Нуцеллярная эмбриония — еще один вариант формирования зародышевого мешка. Развитие зародыша происходит из зародышевого мешка: из клеток нуцеллуса, расположенных рядом с зародышевым мешком. Наблюдается усиленное разрастание нуцеллуса и множественное его деление. В большинстве случаев у нуцеллярных зародышей нет подвеска. А так как они располагаются очень близко и давят друг на друга, то в некоторых случаях это приводит к нарушению симметрии и нормальной дифференциации.
Зародышевый мешок — прогрессивная черта, характерная покрытосеменным растениям. Благодаря ему защищается собственное семя начиная со стадии образования, закладываются основы дальнейшего эффективного роста и развития любого вида покрытосеменных растений.
Цветковые растения формируют эндосперм именно за счет зародышевого мешка. В эндосперме запасены необходимые цветковому растению питательные вещества. Наличие различных вариантов зародышевого мешка указывает на приспособляемость к меняющимся условиям среды и повышает эффективность существования любого представителя царства растения.
Источник
13. Семязачаток. Развитие и строение зародышевого мешка.
Семязача́ток, или семяпо́чка (лат. ovulum) — образование у семенных растений, из которого (обычно после оплодотворения) развивается семя. Представляет собой женский спорангий (мегаспорангий) семенных растений. У покрытосеменных растений семяпочка расположена в полости завязи, у голосеменных — на поверхности семенных чешуек в женских шишках. В центральной части семяпочки (нуцеллусе) формируются в результате мейоза материнской клетки спор четыре мегаспоры, затем три из них гибнут, а из одной мегаспоры формируется женский гаметофит. У цветковых он называется зародышевый мешок, у голосеменных его иногда называют эндосперм, так как в зрелом семени в нём запасаются питательные вещества. Снаружи семяпочка прикреплена семяножкой к плаценте.
Зародышевый мешок (лат. female gametophyte) — женский гаметофит, половое поколение покрытосеменных растений.
Зародышевый мешок развивается внутри семязачатка (нуцеллуса) из мегаспоры. Зародышевый мешок состоит из яйцеклетки, двух клеток-спутниц, трёх клеток-антиподов и центрального двуядерного ядра, которое находится в центре. Архегоний у гаметофита покрытосеменных растений редуцирован.
Семязачаток с зародышевым мешком. Желтое — яйцеклетка. Оранжевые — клетки-синергиды. Светло-зеленое — центральная диплоидная клетка (видны два ядра). Салатное — полярные ядра центральной диплоидной клетки. Три тёмно зеленые клетки снизу — так называемые «антиподы».
14. Опыление цветковых растений.
Опылением называется перенос созревшей пыльцы с тычинок на рыльце пестика. Пыльца переносится на пестик в основном при помощи насекомых, ветром и другими путями.
Опыление насекомыми. Не все цветки растений дают плоды. Плодоносят только опыленные цветки. У многих растении пыльца в пыльнике и пестике созревает в разное время. Поэтому в одном и том же цветке пыльца не может опылить рыльце пестика. Пыльца из одного цветка должна попасть на рыльце пестика другого, где пестик уже созрел. У созревшего пестика рыльце влажное и липкое. Перенос сухой пыльцы из созревшего и разорвавшегося пыльника на рыльце пестика другого цветка при помощи насекомых называется опылением насекомыми. Весной во время цветения цветы выделяют ароматный запах и тем самым привлекают к себе насекомых (пчел, ос и др.). Они собирают из цветков необходимые им вещества — пыльцу, нектар. Есть насекомые, приспособившиеся к отдельным видам растений. Насекомые не ограничиваются пыльцой и нектаром одного лишь цветка. Перелетая с одного цветка на другой, они переносят пыльцу на многие растения.
В один день они облетают несколько тысяч цветков. При сборе пыльцы и нектара насекомые используют различные органы (хоботки, ножки, волоски).
При помощи насекомых опыляются яблоня, абрикос, груша, люцерна, псоралея, хлопчатник и другие растения. Во время цветения плодовых деревьев и хлопчатника пчеловоды вывозят пчелиные ульи в соты, на хлопковые поля. При этом достигаются две цели: во-первых, хорошо опылившиеся цветки дают высокий урожай, во-вторых, пчеловоды получают мед хорошего качества. Для сбора одного грамма меда пчелы облетают тысячи цветков.
Опыление при помощи ветра. Цветки некоторых растений опыляются только ветром. Цветки у таких растений невзрачные, мелкие, без запаха, поэтому они не привлекают к себе насекомых. Пыльца у них переносится ветром из цветка этого же или другого растения. Такие растения называются ветроопыляемыми (к ним относятся пшеница, ячмень, рис, овес, тополь, орех). Большинство ветроопыляемых растений вначале цветут и только затем распускают листья.
Из ветроопыляемых растений вам знакома пшеница. Это обоеполое растение. На верхушке стебля находится соцветие — колос, тычинки из него свешиваются наружу.
Во время ветра колос с тычиночными цветками раскачивается. Пыльники ударяются друг о друга, разрываются и из них высыпается пыльца. Если нет ветра, то тогда пыльца попадает не на все рыльца пестиков. Поэтому иногда образуются пустые колосья, что снижает урожайность.
Самоопыление. Если пыльца из тычинки обоеполого растения попадает на рыльце пестика того же цветка и опыляет его, то такой вид опыления называется самоопылением. Самоопыление происходит только тогда, когда пыльца в пыльниках и пестики созревают одновременно. У самоопыляющихся растений пестик обычно короче тычинки. Примерами могут служить яблоня, груша, шиповник и др.
Искусственное опыление. Если у цветков растений не происходит самоопыления или же опыления насекомыми и ветром, а проводится оно людьми, то это называется искусственным опылением. При искусственном опылении берется пыльца этого растения или другого (того же вида и сорта) и наносится на созревшее рыльце цветка. У кукурузы в целях повышения урожайности производят дополнительное искусственное опыление. Для этого собирают пыльцу кукурузы в специальные пакеты или приборы, а затем высыпают ее на рыльца пестичных цветков.
Искусственное опыление используется для повышения урожайности и главным образом при получении новых сортов.
Источник