Пыльники раскрываются (разворачиваются) вдоль линии и выпускают пыльцу. Пыльцевые зерна ангиоспермов являются мужскими гаметофитами и (пока) не производят гаметофиты.
Лекция № 15. Половое размножение у покрытосеменных растений
Половой репродуктивный орган у наземных растений — цветок. Цветок — это видоизмененный, короткий, неразветвленный стебель, предназначенный для образования спор и гамет и полового процесса, который приводит к образованию семян и плодов.
Цветок имеет цветоножку, цветоложе, околоцветник, тычинки и пестики. Некоторые части цветка могут отсутствовать.
Цветы большинства видов растений имеют как тычинки, так и пестики. Такие цветы называются моноэхи (вишня, горох). Цветы, имеющие только пестики, называются женскими (пестичные), цветы, имеющие только тычинки, называются мужскими (тычиночные). В зависимости от распределения монофилетических цветков в растениях различают: моногамные растения — растения с женскими и мужскими цветками в одних и тех же образцах (огурец, кукуруза, дуб); двуполые растения — растения с женскими цветками в одном образце и мужскими в другом (крапива, конопля, облепиха); поливалентные растения — растения, у которых и яйцевидные, и одноцветковые цветки встречаются в одних и тех же образцах в разных пропорциях (гречиха, некоторые виды ясеня, клен).
Цветоножка — это межгнездовая ось под цветком. Цветки без цветоножек называют бесстебельными (цветки в соцветии подсолнечника, астры, одуванчика).
Цветоножка — это самая короткая часть цветочного стебля. Соцветие — это самая короткая часть цветоноса, которая несет все остальные части цветка.
Околоцветник — это стерильная часть цветка, его чашечка. Околоцветник может быть простым (без дифференциации на чашечку и венчик, образованный набором однородных листочков одинакового размера и цвета) и двойным (с дифференциацией на чашечку и венчик, различающиеся по размеру и цвету). Одиночный околоцветник может быть корончатым (сформированным из пестрых листочков) или чашевидным (сформированным из зеленых листочков). Цветы без околоцветника (ива, тополь) называются голыми.
Чашечка, внешняя часть двойного околоцветника, состоит из группы чашелистиков, видоизмененных листьев прицветников. Чашелистики обычно маленькие и зеленого цвета. Они похожи на обычные листья, но расположены более просто.
Различают двулистную чашечку, состоящую из свободных чашелистиков (капуста, лютик), и клейковину, состоящую из частично или полностью прикрепленных чашелистиков (картофель, табак, горох).
Край — это внутренняя, обычно окрашенная часть двойной мантии. Он представляет собой пучок лепестков, которые часто бывают разноцветными. Количество лепестков на краю может варьироваться. Лепестки могут быть более или менее одинаковыми (лютик, яблоко) или различаться по размеру и форме (фиалка, горох). Следовательно, венчик может быть правильным, неправильным или асимметричным. Венчик, как и чашечка, может быть чашелистиком или черешком. Венчик чашечки подковы состоит из свободных, непарных лепестков. Соломенно-лепестковый венчик состоит из лепестков, которые в разной степени спарены. Основная функция венчика — привлечение опылителей.
Андроцей
Андроцефал — это скопление тычинок одного цветка. Количество тычинок в цветке варьируется от одной (орхидеи) до нескольких сотен (некоторые кактусы). Большинство растений имеют одну тычинку, которая состоит из тычиночного стебля и пыльника. Тычинка — это нижняя, обычно суженная, стерильная часть тычинки. Нижний конец нити отходит от тычинки, а верхний конец несет пыльники. Тычинки обычно тонкие, длинные и округлые в сечении. Пыльник — это верхняя, удлиненная, плодородная часть тычинки. Пыльник состоит из двух половинок, соединенных лентой. Каждая половина имеет две пыльцевые трубки (микроспорангии), в которых образуются микроспоры, а затем пыльца. Пучок рацема — это продолжение нитей рацема, через которые пыльники снабжаются питательными веществами.
Микроспорогенез — это процесс образования микроспор в микроспоровых протоках (рецепторах пыльника). Микроспоры образуются из материнских клеток, клеток микроспоры, которые имеют диплоидный набор хромосом. В результате редукции каждая материнская клетка образует четыре гаплоидные микроспоры. Микроспоры быстро отделяются друг от друга.
Микрогаметогенез
Микрогаметогенез, процесс формирования мужских гамет (сперматозоидов), происходит в пыльцевой трубке, мужском гаметофите венценосных растений. Развитие мужского гаметофита также происходит в пыльниках тычинок и ограничивается одним митотическим делением микроспоры и формированием оболочки пыльцевой трубки. Пыльцевая оболочка состоит из двух слоев: Intina (внутренняя, тонкая) и Exina (наружная, толстая). Каждая пыльцевая оболочка содержит две гаплоидные клетки: зародышевую и зародышевую. Зародышевая клетка (сперматогенная клетка) дает начало еще двум сперматозоидам. Затем зародышевая клетка (сифоногенная) формирует пыльцевую трубку.
Тычинка и пестик: кто девочка, а кто мальчик
Как уже упоминалось, тычинки и пестик являются репродуктивными органами цветка.
Примечание: Тычинка — это мужской репродуктивный орган, а пестик — женский орган цветка.
Из чего состоит тычинка? Это часть цветка, которая производит пыльцу. Он состоит из двух частей: пыльника и тычинки. Пыльник имеет два специальных мешочка с гнездами для пыльцы. Совокупность пыльцевых зерен называется пыльцой. Каждый цветок может иметь от одной до нескольких тысяч тычинок. Пучок тычинок называется андроцефалом. В зависимости от расположения тычинок она может быть спиральной или круглой.
Интересно, что тычинки иногда срастаются. Этот процесс может быть частичным или полным. У тыквы, например, тычинки полностью срастаются. Иногда пестик может сливаться с тычинкой. Этот процесс приводит к образованию особого органа — тычинки.
Пестик: его строение и функции
Рыльце — единственная стерильная часть цветка. Она покидает яичник и плавно сливается с рубцом, где выполняет опорную, скелетную функцию. Стигма может быть открытой, закрытой или полузакрытой, в зависимости от степени сращения рубца.
А рыльце — это специальный орган, который выполняет самую важную задачу — задерживает пыльцу.
Девственная плева, кстати, может быть простой или сложной в зависимости от количества сросшихся карпелей (1 или более).
В зависимости от того, есть ли у цветка тычинки или пестики или и тычинки, и пестики, все растения можно разделить на раздельнополые и раздельнополые.
У обоих полов есть мужские и женские репродуктивные органы. А у полов есть только либо пестики, либо тычинки.
Интересно, что есть растения, у которых одновременно развиваются два типа цветков, причем оба половые и раздельные. Такие цветы могут развиваться одновременно, например, у огурцов и кукурузы.
Биологическое значение соцветий заключается в том, что маленькие, часто невзрачные цветки, собранные вместе, становятся заметными, производят наибольшее количество пыльцы и лучше привлекают насекомых, которые переносят пыльцу с цветка на цветок.
Обоеполые и раздельнополые цветки
Чтобы произошло опыление, пыльца должна попасть на рыльце стебля.
Процесс переноса пыльцы с тычинок на рыльце пестика называется опылением. Существует два основных типа опыления: самоопыление и перекрестное опыление.
При самоопылении пыльца переносится с тычинки на рыльце пестика того же цветка. Опыление происходит у пшеницы, риса, овса, ячменя, гороха, риса, овса, ячменя, гороха, фасоли и хлопка. Самоопыление у растений обычно происходит, когда цветок еще не раскрыт, т.е. когда цветок раскрывается, он уже завершен.
Биологическое значение соцветий
При самоопылении гаметы, образующиеся в одном и том же растении, сливаются и, таким образом, имеют одинаковые наследственные характеристики. По этой причине потомство, полученное в результате самоопыления, очень похоже на материнское растение.
При перекрестном опылении происходит рекомбинация наследственных характеристик родителей и родительского организма, и потомство может приобрести новые характеристики, которых не было у родителей. Такое потомство с большей вероятностью будет жизнеспособным. В природе перекрестное оплодотворение встречается гораздо чаще, чем самооплодотворение.
Перекрестное оплодотворение вызывается различными внешними факторами.
Самоопыление
Анемофилия (опыление ветром). Анемофильные растения имеют мелкие цветки, часто собранные в соцветия, и производят обильную сухую, мелкую пыльцу, которая с силой выталкивается наружу, когда пыльники раскрываются. Легкая пыльца этих растений может переноситься ветром на расстояния до нескольких сотен километров.
Пыльники прикреплены к длинным, тонким нитям. Рыльца столбиков широкие или длинные, перистые и выступают из пыльников.
Перекрёстное опыление
Цветы растений, опыляемых насекомыми, имеют участки, выделяющие сладкий, ароматный раствор. Эти участки называются нектарниками. Нектарии могут быть расположены в разных частях цветка и иметь разную форму. Насекомые, подлетающие к цветку, достигают нектарников и пыльников и покрываются пыльцой во время еды. Когда насекомое переходит на другой цветок, пыльцевые зерна, которые оно переносит, прикрепляются к рыльцу.
При опылении насекомыми теряется меньше пыльцы, поэтому растение производит меньше пыльцы и тем самым экономит материал. Пыльцевым зернам не нужно долго находиться в воздухе, поэтому они могут быть тяжелыми.
Насекомые могут опылять редкие цветы и цветущие растения в местах, где нет воздуха, например, в лесу или на густом лугу.
Как правило, каждый вид растений опыляется более чем одним видом насекомых, а каждый вид насекомых-опылителей обслуживает более чем один вид растений. Однако есть виды растений, цветки которых опыляются насекомыми только одного вида. В таких случаях взаимное соответствие между образом жизни и строением цветов и насекомых настолько полное, что его нельзя назвать иначе как чудесным.
Пыльцевые зерна достигают рыльца рыльца и прилипают к нему из-за особенностей строения оболочки, а также из-за липких, сахаристых выделений рыльца, к которым прилипает пыльца. Пыльцевое зерно набухает и прорастает в длинное, очень тонкое пыльцевое зерно. Пыльцевая трубка образуется в результате деления зародышевой клетки. Эта трубка растет сначала между клетками рыльца, затем в клетку рыльца и, наконец, в полость завязи.
Зародышевая клетка пыльцевого зерна мигрирует в пыльцевую трубку, делится и образует две мужские гаметы (сперматозоиды). Когда пыльцевая трубка достигает внутренней части зародышевого мешка, один из сперматозоидов сливается с яйцеклеткой. Происходит оплодотворение и образуется зигота.
Второй сперматозоид сливается с ядром большой центральной клетки зародышевого мешка. Таким образом, у цветковых растений во время оплодотворения происходит два слияния: Первый сперматозоид сливается с яйцеклеткой, а второй — с большой центральной клеткой. Этот процесс был открыт в 1898 году российским ботаником и ученым С. Г. Навашиным и назван «двойным оплодотворением». Двойное оплодотворение характерно только для цветковых растений.
Зигота, образовавшаяся в результате слияния половых клеток, делится на две клетки. Каждая образовавшаяся таким образом клетка снова делится, и так далее. В результате многократного деления клеток образуется многоклеточный зародыш нового растения.
Центральная клетка также делится и образует клетки эндосперма, в которых хранятся питательные вещества. Они необходимы для питания и развития эмбриона. Семенная оболочка развивается в семенную оболочку. После оплодотворения эякулят превращается в сперму, которая состоит из семенной оболочки, эмбриона и запасов питательных веществ.
Оплодотворение
После оплодотворения питательные вещества поступают в завязь, и она постепенно развивается в зрелый плод. Стенки завязи развиваются в околоплодник, который защищает семя от вредных воздействий. У некоторых растений в образовании плода участвуют и другие части цветка.
Одновременно с образованием пыльцы в тычинках, в завязи формируется крупная диплоидная клетка. Эта клетка делится мейотически и производит четыре гаплоидные споры, которые называются макроспорами, поскольку они крупнее микроспор.
Из четырех образовавшихся макроспор три погибают, а четвертая начинает размножаться и постепенно превращается в проросток.
В результате тройного митотического деления ядра в полости зародышевого мешка образуется восемь ядер, окруженных цитоплазмой. Клетки без оболочки формируются и располагаются в определенном порядке. На одном полюсе зародышевого мешка формируется яйцевод, состоящий из одной яйцеклетки и двух клеток-помощников. На противоположном полюсе находятся три клетки (антиподы). Из каждого полюса ядро (полярные ядра) мигрирует в центр эмбрионального мешка. Иногда полярные ядра сливаются, образуя диплоидное центральное ядро зародышевого мешка. Зародышевый мешок, в котором произошла дифференциация ядер, считается зрелым и может принимать сперматозоиды.
Когда пыльца и зародышевый мешок созревают, цветок раскрывается.
Завязь растет на внутренних сторонах стенок завязи и, как и все части растения, состоит из клеток. Количество фолликулов варьируется от растения к растению. Завязь пшеницы, ячменя, ржи и вишни содержит только одну яйцеклетку, у хлопка — несколько десятков, а у мака — несколько тысяч.
Образование спор
Половое размножение растений с покрытосеменными связано с цветком. Его важнейшие части — тычинки и пестики. Это сложные процессы, связанные с половым размножением.
У цветковых растений мужские гаметы (сперматозоиды) очень маленькие, а женские гаметы (яйцеклетки) гораздо крупнее.
Образование зародышевого мешка
Деление клеток происходит в пыльниках тычинок, в результате чего образуются пыльцевые зерна. Каждое пыльцевое зерно растения с покрытосеменными состоит из зародышевой и зародышевой клетки. Пыльцевое зерно покрыто двумя мембранами. Внешний покров обычно пестрый, с шипами, бугорками и сетчатыми выростами. Это помогает пыльцевым зернам прилипать к рыльцу стебля. Пыльца растения, которая созревает в пыльниках, состоит из множества пыльцевых зерен, пока цветок не распустится.
Чтобы понять и запомнить строение цветка, мы должны сначала разобраться в способах размножения растений и жизненном цикле растений. Размножение является общей характеристикой всех живых организмов и основано на способности клеток к делению. Оно может выполнять две различные функции: производство потомства, генетически идентичного родителям (бесполое размножение), или производство особей, отличающихся от родителей по генетическому составу (половое размножение).
Строение семязачатка
Асексуальное размножение происходит без участия половых клеток и без объединения генетического материала родителей. Полученный организм генетически полностью идентичен родительскому. Половое размножение — это процесс, происходящий при участии половых клеток путем объединения их генов для получения новой генетической комбинации. Все методы воспроизводства имеют свои преимущества и недостатки.
Половое размножение
Когда среда стабильна на протяжении нескольких поколений, организму избирательно выгодно размножаться бесполым путем — через побеги, ползучие побеги, корневые побеги и т.д., которые производят новые особи, столь же хорошо приспособленные, как и он сам. Однако, когда условия нестабильны
При половом размножении растения производят множество очень маленьких зародышевых клеток, которые в свою очередь производят тысячи семян. И все они различаются по своему генотипу и поэтому предлагают тысячи возможностей для адаптации к определенным условиям. Не все из них выживут и произведут новые растения, но даже небольшая часть победителей обеспечит нормальное существование вида.
У полового размножения есть и негативные аспекты:
Строение цветка
Потенциальные партнеры могут находиться слишком далеко друг от друга. В популяции деревьев, например, немногие особи, растущие на больших высотах, не имеют соседей, не получают пыльцу и не производят потомство в течение многих лет. С другой стороны, у тех, что растут на более низких высотах, много соседей. Растения, размножающиеся бесполым путем, могут производить потомство даже тогда, когда поблизости нет других особей их вида. Некоторые из них приспособились к самоопылению в таких условиях, но и они не формируют генетического разнообразия.
Существуют растения, которые размножаются как половым, так и бесполым путем (на всякий случай). У клубники есть цветы и семена, которые образуются в результате слияния сперматозоидов и яйцеклеток разных особей. Однако он так же быстро размножается через побеги. Цветы и семена многолетней бамбуковой травы появляются нечасто (один раз в 80 лет у некоторых видов), но ее корневища ежегодно дают многочисленные отпрыски. Каланхоэ ежегодно производит множество размножающихся почек на кончиках листьев, а также большое количество семян.
Достоинства и недостатки полового и бесполого типов размножения
Семена часто имеют приспособления для широкого рассеивания. Когда животные едят клубнику, они переносят семена вместе со своим пометом. Плоды и семена бамбука переносятся ветром, а кокоса — водой. Таким образом, растения колонизируют отдаленные и разнообразные территории.
Подробно о бесполом размножении мы поговорим на другом уроке. Органом полового (и бесполого) размножения у растений является цветок. Она производит гаметы и эмбрионы. Чтобы лучше понять цветок, мы должны сначала рассмотреть жизненный цикл растений.
- оползни;
- лавины;
- влияние деятельности человека;
- нерегулярные климатические события (сильные морозы, засухи, ураганы, наводнения).
Жизненный цикл млекопитающих, включая человека, прост: диплоидные взрослые особи имеют гонады, которые производят гаплоидные гаметы (сперматозоиды и яйцеклетки) посредством мейоза. Особи, которые производят сперму, называются мужскими, а те, которые производят яйцеклетки, называются женскими. Сперматозоид и яйцеклетка соединяются, образуя диплоидную клетку — оплодотворенную яйцеклетку или зиготу. Он разовьется в новый диплоид, который похож на своих родителей, но не является их копией.
Жизненный цикл растений более сложен. Известные нам деревья, кустарники и травы представляют собой лишь одну стадию жизненного цикла растения, называемую стадией проростка (исключение составляют мхи и ландыши, где известное нам растение является гаплоидным гаметофитом). Спорофиты растений всегда диплоидны, как и большинство взрослых особей, и имеют органы с клетками, которые образуются при повторном облучении.
У животных мейоз приводит к образованию гаплоидных гамет, а у растений — к образованию гаплоидных спор. Существует большая разница между гаметами и спорами: гаметы могут сливаться с другими гаметами во время оплодотворения, в результате чего образуется диплоидная зигота. Зародышевые клетки, которые не сливаются, погибают, поскольку не могут поддерживать себя и обычно не способны развиться в новую гаплоидную особь. Исключением являются неоплодотворенные яйца некоторых насекомых, например, пчел, которые развиваются в стерильных рабочих пчел.
- для его осуществления требуется как минимум две особи;
- половые клетки должны перемещаться от одного растения к другому. У семенных растений пыльца может переноситься ветром, насекомыми, птицами и др.;
- каждый способ опыления требует большого запаса пыльцы на случай невыполнения таких условий и затраты питательных веществ, а также энергии на производство нектара для привлечения опылителей.
Споры растений, с другой стороны, не могут участвовать в оплодотворении, но каждая из них подвергается митозу и развивается в совершенно новую гаплоидную стадию — гаметофит. При половом размножении проросток производит не новое диплоидное растение, подобное себе, а гаплоидную часть своего жизненного цикла.
У всех сосудистых растений гаплоидный (с половинным набором хромосом) гаметофит не имеет отдаленного сходства с диплоидным (с полным набором хромосом) спорофитом. Это крошечная масса клеток без корней, стеблей, листьев или группы сосудистых тканей. Но это все еще целое растение.
Следующее различие между жизненным циклом растений и животных заключается в том, что гаметы у гаплоидных растений образуются в результате митоза, а не мейоза. Только после этого они принимают участие в оплодотворении и образуют зиготу, которая развивается в новый диплоидный росток. И жизненный цикл завершен.
Половое размножение покрытосеменных растений
Гаметы млекопитающих делятся на два типа: маленькие, подвижные сперматозоиды (микрогаметы) и большие, стабильные яйцеклетки (мегаметы). Это также происходит у многих растений; этот половой процесс называется оогамией. Когда растение имеет два типа спор, они называются подвижными спорами.
Жизненный цикл растений
Лепестки являются наиболее заметной частью структуры цветка из-за их яркого цвета (в большинстве случаев) и иногда из-за их запаха. Их основная функция — привлечение опылителей и защита внутренних репродуктивных частей цветка.
В некоторых цветках лепестки отсутствуют или уменьшены. Спираль из лепестков называется венчиком. Чашечка и венчик вместе образуют околоцветник.
Тычинки являются мужской частью цветка и вместе с тычинками образуют внутренний третий оборот цветка, андроцефал. Каждая тычинка состоит из длинной трубчатой нити с мешочком на конце, называемым пыльником. Пыльцевые зерна содержат мужские гаметы или мужские половые клетки и образуются в пыльниках (каждый пыльник содержит много пыльцевых зерен).
Пыльцевое зерно содержит зародышевую клетку и гамету. Зародышевая клетка формирует пыльцевую трубку, а зародышевая клетка оплодотворяет женскую гамету.
Лепестки
Тычинки
Пестик
- Рыльце находится на кончике пестика. Это липкая часть цветка, собирающая пыльцу. Пыльца необходима для оплодотворения, после которого в завязи начинают развиваться семена.
- Столбик представляет собой длинный стебель, поддерживающий рыльце.
- Завязь – одна из самых важных частей. Она расположена у основания цветка. Внутри завязи содержатся семяпочки, из которых после оплодотворения формируются семена, а из стенок завязи развивается околоплодник.
