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
СОВРЕМЕННАЯ БОТАНИКА — П. РЕЙВН — 1990
Для всех сосудистых растений типичны оогамия и чередование поколений, при котором гаметофит зависит в отношении питания от спорофита (рис. 17-6). Очевидно, что оогамия наиболее подходит для наземных растений, так как при ней перемещаться в чуждой среде за пределами растения должен только один тип гамет, а не оба. В жизненном цикле сосудистых растений доминирует спорофит; он крупнее и намного структурно сложнее гаметофита. У моховидных, как говорилось в гл. 16, гаметофит почти всегда крупнее спорофита, хотя, как и у сосудистых растений, он обычно проще устроен.
Рис. 17-6. Обобщенный жизненный цикл сосудистого растения
Гомоспория и гетероспория
Ранние сосудистые растения давали только один тип спор; их называют гомоспоровыми (равноспоровыми). Среди современных сосудистых гомоспория встречается у псилотов, хвощей, некоторых плауновидных и почти у всех папортников. В результате мейоза у гомоспоровых возникает только один тип спор, которые прорастают в обоеполые, т. е. имеющие и антеридии, и архегонии, гаметофиты.
Гетероспория (разноспоровость) — образование двух типов спор в двух разных типах спорангиев — встречается у некоторых плауновидных, немногих папоротников и у всех семенных растений. В ходе эволюции неродственных групп сосудистых растений она возникала неоднократно и была обычной уже в девонском периоде, т. е. более 360 млн. лет назад. Споры при этом называются микро- и мегаспорами и образуются соответственно в микро- и мегаспорангиях. Хотя «микро» указывает на малые, а «мега» на крупные размеры, мегаспоры нс всегда крупнее микроспор, особенно у семенных растений. Однако между ними всегда существуют функциональные различия. Микроспоры дают начало мужским гаметофитам (микрогаметофитам), а мегаспоры — женским (мегагаметофитам). Оба этих типа однополых гаметофитов гораздо мельче гаметофитов гомоспоровых сосудистых растений. У гетероспоровых они развиваются под оболочкой споры, а у гомоспоровых — вне ее.
У хвощей все споры, будучи морфологически идентичными, неодинаковы в физиологическом отношении — некоторые из них дают начало однополым гаметофитам. Можно считать поэтому, что у хвощей наблюдается физиологическая гетероспория, являющаяся, вероятно, ступенью в эволюции только что рассмотренной морфологической гетероспории.
Относительно крупные гаметофиты равноспоровых растений независимы от спорофита в своем питании, хотя подземные гаметофиты некоторых видов, например, псилотов и ряда плаунов, гетеротрофны и связаны питанием с эндомикоризными грибами. Но у других плаунов, как и у большинства папоротников и хвощей, гаметофиты свободноживущие и фотосинтезирующие. В противоположность этому гаметофиты разноспоровых получают питательные вещества от спорофита.
Эволюция гаметофита сосудистых растений характеризуется постепенным уменьшением размера и сложности строения, причем наиболее заметна эта редукция у покрытосеменных (см. с. 332). Архсгонии имеются у всех споровых сосудистых растений и у большинства голосеменных, но отсутствуют у всех покрытосеменных; антеридиев, характерных для споровых, у всех голосеменных и покрытосеменных нет. У споровых, включая папоротники, подвижный спермий плывет в водной среде к архегонию, следовательно, эти растения должны расти в таких местообитаниях, где вода, по крайней мере периодически, в изобилии.
Семя — уникальная структура, в которой зародыш сбрасывается с родительского растения. При этом он окружен прочной оболочкой вместе с запасом пищи, способствующим его приживанию. Семя появилось в ряде эволюционных линий сосудистых растений по крайней мере 360 млн. лет назад. Среди этих групп — плауновидные и хвощевидные, которые обсуждаются в данной главе, посвященной споровым, поскольку все современые представители этих отделов семян не имеют. Эволюция семени — одного из главных факторов, обусловивших господствующее положение семенных растений, и основные черты таких растений, будут рассмотрены в гл. 18.
Биологическая библиотека — материалы для студентов, учителей, учеников и их родителей.
Наш сайт не претендует на авторство размещенных материалов. Мы только конвертируем в удобный формат материалы, которые находятся в открытом доступе и присланные нашими посетителями.
Если вы являетесь обладателем авторского права на любой размещенный у нас материал и намерены удалить его или получить ссылки на место коммерческого размещения материалов, обратитесь для согласования к администратору сайта.
Разрешается копировать материалы с обязательной гипертекстовой ссылкой на сайт, будьте благодарными мы затратили много усилий чтобы привести информацию в удобный вид.
© 2018-2023 Все права на дизайн сайта принадлежат С.Є.А.
Источник