Особенности строения гаметофитов высших растений

Доминирование гаметофита в жизненном цикле: определение, виды и особенности доминирования

Гаметофит — это гаплоидная многоклеточная стадия развития растения, которая, в большинстве случаев, начинает развиваться из спор и производит половые клетки, называемые гаметами.

Есть два вида гаметофита: мужской и женский.

Большинство растений в ходе эволюции связаны с гаметофитами. И этому есть несколько объяснений:

Наземная среда довольно изменчивая, поэтому диплоидного организму проще сохранить в своем генотипе рецессивные признаки. Именно эти признаки в постоянно меняющихся условиях могут сыграть большую роль в выживании;

Гаметы передвигаются в водной среде, поскольку у споровых растений нет способностей для распространения в среде с другими условиями существования и адаптации к другим типам распространения (с помощью ветра или насекомых);

Жизненный цикл высших растений включает и стадию гаметофита, и стадию спорофита. Гаметофит контролируется половым размножением, а спорофит — бесполым. В процессе образования спор осуществляется мейоз. У высших растений спорофит является диплоидным, а у гаметофита — гаплоидный набор хромосом.

Плоидность — признак, отражающий способность организма к реализации генетического материала.

Исследователями отмечается, что плоидность — не неотъемлемый признак спорофита или гаметофита.

Вопрос доминирования гаметофита в жизненном цикле растения неразрывно связан с самим понятием «жизненный цикл».

Жизненный цикл растения является совокупностью всех фаз развития, которые, начиная с фазы зиготы, сопровождают рост и формирование растения.

Жизненный цикл предполагает чередования половой и бесполой формы размножения — у каждой из них есть свои биологические преимущества.

К преимуществам полового размножения относятся:

• комбинация наследственного материала родительских форм. Комбинации, которые возникают, дают возможность увеличить эволюционные преимущества определенных особей перед другими особями;
• появление особи, которая генетически не является тождественной какой-либо родительской форме. Генетическое разнообразие — это прогрессивный эволюционный признак, позволяющий организму встать на новый уровень в развитии и получить прогрессивные черты развития;
• за счет полового размножения реализуется комбинативная изменчивость и устойчивая ее передача из поколения в поколение;
• в случае естественного отбора половое размножение дает преимущество — оно увеличивает шансы организмов на выживание в постоянно меняющейся среде путем увеличения степени генетического разнообразия.

Отличительная характеристика бесполого размножения заключается в том, что передача наследственных признаков из поколения в поколение происходит без изменений. Наследственный материал родительской особи тиражируется и численность особей быстро растет.

Доминирование гаметофита в жизненном цикле

У растений половое и бесполое поколения чередуются. Спорофит и гаметофит характеризуются схожестью морфологического строения и продолжительностью жизни.

Высшие растения, за исключением мохообразных, характеризуются преобладание спорофита в жизненном цикле. Гаметофит развит слабо и не отличается долговечностью. В жизненном цикле мхов преобладает гаметофит: он отличается длиной от 0,5 до 50 см. Для жизненного цикла мха гаметофит очень важен, так как с его помощью реализуются различные функции:

• фотосинтез или воспроизведение органических веществ на свету при помощи молекулы хлорофилла и в случае разложения молекул воды;
• минеральное питание или транспортировка питательных веществ в растворенном виде в направлении от корня к листу;
• выведение продуктов жизнедеятельности растений и их возвращение в кровоток;
• снабжение водой (осмос).

Жизненный цикл моховидных характеризуется половым размножением, в котором важная роль отводится воде. Она нужна для того, чтобы спермии имели возможность подплывать к архегониям, содержащим половые клетки. Благодаря влажной среде происходит раскрытие антеридиев и высвобождение сперматозоидов. С этим связаны и предпочтения в среде обитания моховидных — влажные и затаенные места.

Развитие спорофита моховидных осуществляется из зиготы внутри женского полового органа (архегонии) и напрямую связано с гаметофитом. Это еще раз указывает на то, что гаметофит доминирует и морфологически, и физиологически. Поэтому в большинстве случаев спорофит относят к органу, который выполняет функцию спорообразования.

Листостебельные мхи, к примеру, имеют спорофит в виде коробочки.

Жизненный цикл моховидных развивался в направлении увеличения самостоятельности гаметофита и морфологического упрощения спорофита — вследствие чего он утрачивал самостоятельно. Все это приводило к эволюционному тупику. В одном архегонии мха содержится только одна яйцеклетка.

Мужское растение образует на собственном теле антеридии или мешочки, в которых находятся сперматозоиды. Гаметы образуются без участия мейоза, поскольку растение является гаплоидным.

Чтобы произошло оплодотворение, мху необходима вода — по ней сперматозоиды переплывают на женское растение и попадают в архегоний. Чтобы переплыть, сперматозоидам достаточно даже сильной росы. По окончании оплодотворения происходит формирование диплоидного спорофита. Для роста спорофиту нужно гаплоидное растение — он пользуется образованными этим растением веществами.

Спорофит не обладает способностью самостоятельно фотосинтезировать.

Что касается эволюции остальных типов растений, то она характеризуется постепенной редукцией гаметофита и доминированием спорофита. Ученые считают, что преобладание спорофита дает возможность выйти из эволюционного тупика и позволяет организмам справляться с разными адаптационными противоречиями намного быстрее. Тем не менее гаметофит доминирует в жизненном цикле мхом, представляющих примитивные формы высших растений.

Гаметофит мхов — свободно живущее самостоятельное растение. Его структуре характерна определенная особенность: наличие побега со множеством листоподобных выростов и ризоидов.

Тело гаметофита мхов содержит ассимиляционную ткань. Но механическая, покровная и запасающая ткани развиты недостаточно хорошо. Мхи — многолетние растения.

Источник

Что такое гаметофит в биологии

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.

Термин «гаметофит» может относиться не только непосредственно к фазе жизненного цикла, но и к конкретному растительному организму или органу, производящему гаметы.

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

Как половой, так и бесполый способ размножения имеют свои преимущества. Первый позволяет получить генетическое разнообразие. Новое растение не будет тождественно родительскому. Это дает возможность естественного отбора, что важно для сохранения вида. Второй способ просто «тиражирует» особь, воспроизводит её наследственный материал без изменений, что хорошо для быстрого увеличения численности.

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.

• Мужской гаметофит цветковых растений состоит из нескольких клеток и находится внутри оболочки пыльцевого зерна. Женский гаметофит называется «зародышевый мешок» и содержит в себе семь клеток (или 7 ядер). Помещается он внутри семяпочки.
• Гаметофит папоротников, плаунов и хвощей — это самостоятельное растение. Он называется также заростком. У папоротников и хвощей он однолетний и фотосинтезирующий. У плаунов — многолетний, живет под землей и питается не при помощи фотосинтеза, а за счет симбиоза с грибами.
• Гаметофит мхов выглядит больше, чем спорофит.

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.

Насколько полезной была для вас статья?

Источник