Из оплодотворенной яйцеклетки растений образуется зародыш. Размножение цветковых растений

Размножение - это способность организмов воспроизводить себе подобных. Репродукция является одним из ключевых признаков всего живого, поэтому необходимо понимать, в чем биологическое значение оплодотворения. Этот вопрос сегодня изучен на высоком уровне начиная с основных этапов и заканчивая молекулярными и генетическими механизмами.

Что такое оплодотворение

Оплодотворение - это закономерный биологический процесс слияния двух половых клеток: мужской и женской. Мужские гаметы называются сперматозоидами, а женские - яйцеклетками.

Последующим этапом после слияния половых клеток становится образование зиготы, которую можно считать новым живым организмом. Зигота начинает делиться митозом, увеличивая количество составляющих ее клеток. Из зиготы развивается зародыш.

Существует большое количество типов яйцеклеток и способов дробления. Все они зависят от таксономической принадлежности рассматриваемого живого организма, а также степени его эволюционного развития.

Каково биологическое значение оплодотворения

Размножение является основным приспособлением для продолжения рода. От репродуктивных способностей особей рассматриваемого вида зависит его будущее, поэтому у разных животных и растений есть свои способы адаптации для улучшения качества всего процесса.

Например, волки и львицы всегда защищают свое потомство от потенциальных хищников. Это увеличивает выживаемость детенышей и гарантирует в дальнейшем их приспособленность к условиям жизни. Рыбы откладывают большое количество икринок, потому что шанс внешнего оплодотворения в водной среде достаточно низок. В итоге из тысяч потенциальных мальков развиваются лишь несколько сотен.

Биологическое значение оплодотворения заключается в том, что две половые клетки от разных организмов сливаются и образуют зиготу, которая несет генетические признаки обоих родителей. Это объясняет непохожесть родственников друг на друга. И это хорошо, потому что изменение генофонда любой популяции - это эволюционный приспособительный механизм. Потомки, поколение за поколением, становятся лучше по сравнению с их родителями. В условиях постепенной смены окружающей среды (изменения климата, появление новых внешних факторов) приспособительные навыки всегда уместны.

А в чем биологическое значение оплодотворения на биохимическом уровне? Давайте рассмотрим:

1. Это окончательное формирование яйцеклетки.
2. Это определение пола будущего зародыша за счет соответствующих генов, принесенных мужскими гаметами.
3. И, наконец, оплодотворение играет роль в восстановлении диплоидного набора хромосом, так как половые клетки по отдельности гаплоидны.

Размножение цветковых растений

Растения по сравнению с животными имеют некоторые репродуктивные особенности. Отдельного внимания требуют для которых характерно двойное оплодотворение (открыто русским ученым Навашиным в 1898 году).

Структурами, детерминирующими половую принадлежность у цветковых растений, являются тычинки и пестики. В тычинках созревает пыльца, которая состоит из большого количество зерен. Одно зерно вмещает две клетки: вегетативную и генеративную. Пыльцевое зерно покрыто двумя оболочками, и наружная всегда имеет какие-либо выросты и углубления.

Пестик представляет собой структуру грушевидной формы, состоящую из рыльца, столбика и завязи. В завязи формируются один или несколько семязачатков, внутри которых будут созревать женские половые клетки.

При попадании пыльцевого зерна на рыльце пестика, вегетативная клетка начинает формировать пыльцевую трубу. Этот канал имеет относительно большую длину и заканчивается у микропиле семязачатка. Генеративная клетка при этом делится митозом и образует два спермия, которые по пыльцевой трубе и попадают в ткань семязачатка.

Зачем же два спермия? В чем биологическое значение оплодотворения у растений отличается от такого же процесса у животных? Дело в том, что зародышевый мешок семязачатка представлен семью клетками, среди которых есть гаплоидная женская гамета и диплоидная центральная клетка. Обе будут сливаться с пришедшими спермиями, образуя зиготу и эндосперм, соответственно.

Биологическое значение двойного оплодотворения у растений

Формирование семени - важная особенность репродукции у покрытосеменных. Для полного созревания в почве ему необходимо большое количество питательных веществ, среди которых будут различные ферменты, углеводы и другие органические/неорганические компоненты.

Эндосперм у покрытосеменных триплоидный, так как диплоидная центральная клетка зародышевого мешка слилась с гаплоидным спермием. Вот в чем биологическое значение оплодотворения у растений: тройной набор хромосом способствует высокой скорости увеличения массы ткани эндосперма. В результате семя получает много питательных веществ и запасы энергии для прорастания.

Типы семян

В зависимости от дальнейшей судьбы эндосперма, выделяют два основных вида семян:

1. Семена однодольных растений. У них отчетливо виден хорошо развитый эндосперм, который занимает больший объем. Семядоля редуцирована и представлена в виде щитка. Характерен данный тип семян для всех представителей злаковых.
2. Семена двудольных растений. Здесь эндосперм либо отсутствует, либо остается в виде небольших скоплений ткани на периферии. Питательную функцию у таких семян выполняют две большие семядоли. Примеры растений: горох, бобы, помидоры, огурцы, картофель.

Выводы

Конечно, называть такое оплодотворение двойным будет ошибочно, так как мы теперь знаем основные признаки и функции данного процесса. При слиянии центральной клетки со спермием не происходит формирование зиготы, а полученный генетический набор становится тройным. Все-таки семя не состоит из двух самостоятельных зародышей.

Однако биологическое значение двойного оплодотворения действительно велико. Семена при прорастании требуют большое количество органических и неорганических веществ, и данная проблема решается путем образования триплоидного эндосперма.

Оплодотворение - это процесс слияния двух клеток, в результате чего происходит образование новой клетки, дающей начало другому организму этого же рода или вида. Что такое у цветковыхрастений и как оно происходит, читайте в данной статье.

Сущность оплодотворения

Оно происходит в результате слияния двух клеток, женской и мужской, и возникновения диплоидной зиготы. В каждой паре хромосом присутствует одна отцовская и одна материнская клетка. Сущность процесса оплодотворения заключается в том, чтобы восстановить и объединить наследственный материал родителей. Их потомство будет более жизнеспособным, так как соединит в себе самые полезные качества от отца и матери.

Оплодотворение - что такое?

Это процесс побуждения яйца к развитию в результате объединения ядер. Оплодотворение - что такое? Это необратимый процесс, который происходит в результате слияния разнополых гамет и объединения их ядер. не подвергается этой процедуре второй раз.

Но существуют растения, которые воспроизводят новое поколение только при помощи женской гаметы без оплодотворения. Такое размножение называется девственным. Примечательно, что эти два способа размножения у одного вида растений могут чередоваться.

Двойное оплодотворение цветковых растений

Обоих начал называются гаметами. Причем женскими являются яйцеклетки, а мужскими - спермии, которые у растений семенных неподвижные, а у споровых - подвижные. Оплодотворение - что такое? Это появление особой клетки - зиготы, содержащей наследственные признаки спермия и яйцеклетки.

Обладают сложным оплодотворением, которое называется двойным, поскольку, кроме яйцеклетки, оплодотворяется еще одна особая клетка. Формирование спермий происходит в пылинках пыльцы, а их созревание осуществляется в тычинках, точнее в их пыльниках. Местом образования яйцеклеток являются семязачатки, расположенные в завязи пестика. Когда яйцеклетка оплодотворится спермием, из семязачатка начинают развиваться семена.

Чтобы оплодотворение у цветковых произошло, сначала нужно опылить растение, то есть на рыльце пестика должны попасть пылинки пыльцы. Оказавшись на рыльце, они начинают прорастать внутрь завязи, в результате чего образуется пыльцевая трубка. Одновременно с этим в пылинке происходит образование двух спермиев. Они не стоят на месте, а начинают продвигаться к пыльцевой трубке, которая проникает в семязачаток. Здесь в результате деления и удлинения одной клетки происходит образование зародышевого мешка.

Он нужен для расположения в нем яйцеклетки и еще одной клетки, в которой сосредоточен двойной набор наследственной информации. После этого происходит прорастание пыльцевой трубки в зародышевый мешок и слияние одного спермия с яйцеклеткой, в результате которого образуется зигота, а другого - с клеткой особой. Развитие зародыша происходит из зиготы. Второе слияние образует питательную ткань, или эндосперм, необходимый для питания зародыша в период роста.

Что нужно для существования каждого вида растений?

• Прежде всего необходимо восстановить диплоидный набор хромосом, а в его пределах - их парность.
• Обеспечить материальную непрерывность между поколениями, следующими чередой.
• Объединить в одном виде или роде наследственные свойства двух родителей.

Все это осуществляется на генетическом уровне. Для того чтобы оплодотворение осуществилось, созревание материнских и отцовских гамет должно произойти одновременно.

Оплодотворение у покрытосеменных растений

Этот процесс впервые охарактеризовал немецкий ученый Страсбургер во второй половине девятнадцатого века. Оплодотворение покрытосеменных растений происходит в результате слияния двух ядер разных гамет: с мужским и женским началом. Их цитоплазма не участвует в оплодотворении. Собственно оплодотворение происходит тогда, когда спермий сливается с ядром яйцеклетки.

Местом возникновения спермиев является пыльцевое зерно или пыльцевая труба. Зерно начинает прорастать после того, как попадает на рыльце. Время начала этого процесса у каждого растения разное, как и время оплодотворения. Например, пыльцевые зерна свеклы прорастают через два часа, а кукурузы - моментально. Первый признак прорастания зерна - его увеличение в объеме. Обычно одно пыльцевое зерно образует одну трубку. Но некоторые растения не подчиняются этому правилу и образуют несколько трубок, из которых только одна достигает своего развития.

Пыльцевая трубка с передвигающимися по ней спермиями растет и в конце концов разрывается. Все ее содержимое оказывается внутри зародышевого мешка. Один из проникших сюда спермиев внедряется в яйцеклетку и сливается с ее гаплоидным ядром. Оплодотворение - что такое? Это слияние двух ядер: спермия и яйцеклетки. Оплодотворенная яйцеклетка начинает делиться, получаются две новые клетки. Они делятся на четыре и так далее. Таким образом, происходит многократное деление, в результате которого развивается зародыш растения.

Покрытосеменные растения после процесса оплодотворения обладают способностью развивать дополнительный орган, который называется эндоспермом. Это не что иное, как питательная среда зародыша. При слиянии второго спермия и диплоидного ядра происходит образование определенного набора хромосом, из которых два - материнского происхождения, и один - отцовского. Таким образом, двойное оплодотворение организмов растительного происхождения осуществляется тогда, когда один спермий сливается с яйцеклеткой, а другой - с ядром клетки, расположенной в центре.

Отличительные черты покрытосеменных растений

• Большая приспособленность к произрастанию в разных условиях.
• Двойное оплодотворение, позволяющее иметь запас веществ, необходимых для нормального прорастания семян.
• Наличие триплоидного эндосперма.
• Образование семяпочек внутри завязи, при котором стенки пестика защищают их от повреждений.
• Развитие плода покрытосеменных растений из завязи.
• Нахождение семени внутри плода, стенки которого являются его защитой.
• Наличие цветка дает возможность насекомым.

Благодаря перечисленным признакам занимают господствующее положение в мире.

Особенность оплодотворения покрытосеменных растений

Она вытекает из того, что эти растения имеют двойное оплодотворение. Уникальная особенность представлена явлением, называемым ксениями. Его смысл заключается в том, что пыльца напрямую влияет на свойства и признаки эндосперма. Для примера возьмем кукурузу.

Она бывает с желтыми и белыми семенами. Их цвет зависит от оттенка эндосперма. При опылении женских цветков белозерной кукурузы пыльцой желтозерного сорта ее окраска все равно будет желтой, хотя развитие эндосперма происходит на растении с белыми зернами.

Какую роль играют цветковые растения?

Эти растения насчитывают 13 000 родов и 250 000 видов. Они получили широкое распространение по всему миру. Цветковые растения - это ключевые компоненты биосферы, производящие органические вещества, связывающие углекислоту и выделяющие кислород. Пастбищные цепи питания начинаются именно с них. Многие разновидности цветковых растений человек использует в пищу. Из них строят жилища и изготавливают различные хозяйственные материалы.

Не обходится без них и медицина. Отдельные виды покрытосеменных растений являются господствующими на планете, им отводится решающая роль в формировании покрова растительности и создании основной части наземной фитомассы. В конечном итоге именно этими растениями определяется возможность самого существования человека на земле как вида биологического.

1. У каких животных встречается наружное оплодотворение?

Ответ. Наружное оплодотворение характерно для большинства организмов, постоянно обитающих (или только размножающихся) в водной среде – костных рыб, амфибий, многих водных беспозвоночных. При наружном оплодотворении половые клетки выводятся в воду (т.е. во внешнюю среду), где и происходит их слияние. Значительная часть гамет погибает от неблагоприятных условий среды, поэтому животным с наружным типом оплодотворения необходимо продуцировать большое количество половых клеток.

2. У каких растений наблюдается двойное оплодотворение?

Ответ. Двойное оплодотворение встречается у покрытосеменных(или цветковых) растений.

3. В какой части цветка развивается яйцеклетка?

Ответ. В завязи пестика внутри каждого семязачатка содержится зародышевый мешок, содержащий гаплоидную яйцеклетку.

Вопросы после § 34

1. Какой процесс называется оплодотворением?

Ответ. Оплодотворение – это процесс слияния половых клеток (гамет), в результате, которого формируется зигота.

2. Какой набор хромосом имеет зигота?

Ответ. В ядре зиготы все хромосомы становятся парными: в каждой паре гомологичных хромосом одна является отцовской, другая – материнской. Следовательно, оплодотворение приводит к восстановлению диплоидного набора хромосом и объединению в зиготе наследственной информации родительских особей.

3. Почему у покрытосеменных растений процесс оплодотворения называется двойным? В чём преимущество двойного оплодотворения у покрытосеменных?

Ответ. У цветковых растений оплодотворению предшествует опыление – перенос пыльцевых зёрен с тычинок на рыльце пестика. Пыльцевое зерно вскоре начинает прорастать, образуя пыльцевую трубку, которая достигает семязачатка (семяпочки).

Внутри каждого семязачатка содержится зародышевый мешок, содержащий гаплоидную яйцеклетку и диплоидную центральную клетку. При входе в зародышевый мешок конец пыльцевой трубки лопается, и из неё изливается внутреннее содержимое с двумя мужскими гаметами – спермиями.

Один из спермиев сливается с яйцеклеткой, образуя зиготу, а другой – с центральной клеткой зародышевого мешка. Таким образом, почти одновременно осуществляются два слияния половых клеток, из-за чего оплодотворение у цветковых растений называется двойным.

В дальнейшем из зиготы развивается зародыш семени, имеющий диплоидный набор хромосом, а из оплодотворённой центральной клетки – эндосперм, клетки которого имеют триплоидный набор хромосом. В эндосперме откладываются питательные вещества, необходимые зародышу. После оплодотворения каждый семязачаток превращается в семя, а в результате разрастания завязи формируется плод.

В результате двойного оплодотворения происходит формирование не только зародыша, но и питательной ткани (эндосперма), что ускоряет весь процесс развития семени.

4. Какой набор хромосом в клетках эндосперма покрытосеменных?

Ответ. Клетки эндосперма имеют триплоидный набор хромосом.

Оплодотворение – это процесс слияния мужской и женской половых клеток (гамет).

Женская половая клетка (гамета) называется яйцеклеткой. Яйцеклетки образуются в семязачатках завязи пестика. Пестик – это женский орган размножения.

Мужская половая клетка (гамета) называется спермием. Спермии образуются в пыльниках тычинок. Тычинка – это мужской орган размножения.

В пыльниках тычинок находится пыльца.

Пыльца состоит из пыльцевых зерен. Пыльцевое зерно – это одна пилинка. Пыльцевое зерно содержит 2 клетки - вегетативную и генеративную.

Вегетативная - это клетка, которая образует пыльцевую трубку.

Генеративная - это клетка, которая образует два спермия. Спермии – это мужские половые клетки.

В процессе опыления пыльцевое зерно попадает на рыльце пестика, прорастает и образует пыльцевую трубку. Пыльцевая трубка движется через рыльце, столбик в завязь. В завязи пестика находятся семязачатки (зачатки семени). Из них будет развиваться семя. Строение семязачатка: оболочки семязачатка, зародышевый мешок, основная яйцеклетка с двойным набором хромосом, центральная яйцеклетка с одинарным набором хромосом. Хромосомы содержат гены и отвечают за хранение и передачу наследственной информации.

Пыльцевая трубка переносит 2 спермия к семязачаткам и прорастает в семязачаток через пыльцевой вход. Спермии имеют одинарный набор хромосом.

Первый спермий оплодотворяет основную яйцеклетку и хромосомный набор становится двойным.

В результате образуется оплодотворенная яйцеклетка, которая называется – зигота. Из основной яйцеклетки и первого спермия образуется зародыш нового растения. Строение зародыша нового растения: зародышевый корешок, зародышевый стебелек, зародышевые листья и почки.

Второй спермий оплодотворяет центральную яйцеклетку и хромосомный набор становится тройным.

В результате образуется эндосперм. Эндосперм – это запас питательных веществ, которые необходимы для прорастания зародыша семени.

Из оболочек семязачатка образуется семенная кожура. Из стенок завязи пестика образуется околоплодник.

Такое оплодотворение двух яйцеклеток двумя спермиями называется двойным. Оно было открыто русским ученным Навашиным С.Г. В 1898 году. Таким образом, образуется плод, который состоит из семени и околоплодника.

Механизм оплодотворения был открыт цитологом и эмбриологом С.Г. Навашиным (1898г).

Образование мужского и женского гаметофитов.

У высших семенных растений отмечен только один тип полового процесса - оогамия. Кроме того, у них в результате сочетания бесполого размножения с половым образуются особые зачатки - семена, при помощи которых происходит расселение растений.

У покрытосеменных растений органом размножения является цветок.

Мужской гаметофит-пыльцевое зерно. Тычинка состоит из тычиночной нити и пыльника.

Каждый пыльник образован двумя половинками, в которых развивается по две пыльцевые камеры (гнезда) - микроспорангии. В гнездах молодого пыльника имеются особые диплоидные клетки -микроспороциты, или материнские клетки микроспор. Каждый микроспороцит претерпевает мейоз и образует четыре микроспоры. Здесь же, внутри пыльцевого гнезда, микроспора увеличивается в размерах, ядро ее делится митотически, и образуется - вегетативное ядро и генеративная клетка. Клетка делится митозом и образуется 2 спермия. На поверхности бывшей микроспоры образуется прочная целлюлозная оболочка с несколькими округлыми порами, сквозь которые в конечном итоге прорастают пыльцевые трубки. В результате этих процессов каждая микроспора превращается в пыльцевое зерно (пыльцу) -мужской гаметофит цветковых растений.

У однодольных растений в пыльцевом зерне, находящемся в пыльнике, генеративная клетка делится митотически с последующим образованием двух неподвижных мужских гамет - спермиев.

У двудольных образование спермиев происходит позже, когда пыльца попадает на рыльце пестика. Таким образом, зрелое пыльцевое зерно состоит из двух (вегетативной и генеративной) или из трех (вегетативной и двух спермиев) клеток.

Образование женского гаметофита (зародышевый мешок) происходит в семязачатке (семяпочке), находящемся внутри завязи пестика. Семязачаток - это видоизмененный мегаспорангий (нуцеллус), защищенный покровами (интегументами). Покровы на верхушке не срастаются и образуют узкий канал - пыльцевход

(микропиле). В нуцеллусе, вблизи пыльцевхода, начинает развиваться диплоидная клетка - макроспороцит. Он делится мейотически, давая четыре гаплоидные макро- или мегаспоры, обычно расположенные линейно. Три мегаспоры вскоре разрушаются, а четвертая, наиболее удаленная от пыльцевхода, развивается в зародышевый мешок.

Зародышевый мешок растет, его ядро трижды делится митотически, в результате чего образуется восемь дочерних ядер. Они располагаются по четыре двумя группами- вблизи, пыльцевхода зародышевого мешка и на противоположном полюсе. Затем от каждого полюса отходит, но одному ядру в центр зародышевого мешка. Это так называемые полярные ядра. В дальнейшем они могут сливаться, превращаясь в одно центральное, или вторичное диплоидное ядро (или их слияние происходит позднее, при оплодотворении). Остальные шесть ядер, по три на каждом полюсе, разделяются тонкими клеточными перегородками. При этом на полюсе у пыльцевхода образуется яйцевой аппарат, состоящий из яйцеклетки и двух клеток-синергид. На противоположном полюсе возникают так называемые клетки-антиподы, которые определенное время участвуют в доставке к клеткам зародышевого мешка питательных веществ, а затем исчезают. Такая восьмиядерная семиклеточная структура - зародышевый мешок - является зрелым женским гаметофитом, готовым к оплодотворению. Образование пыльцы и зародышевого мешка у большинства растений завершается одновременно.

Оплодотворение.

Попав на рыльце пестика, пыльцевое зерно начинает прорастать. Из вeгетативной клетки развивается длинная пыльцевая трубка, дорастающая по тканям столбика до завязи и далее -до семязачатка.Из генеративной клетки к этому моменту образуются два спермия, которые спускаются в пыльцевую трубку. Рост пыльцевой трубки стимулируют ауксины, вырабатываемые пестиками, а к завязи она направляется в результате хемотропизма. Пыльцевая трубка входит в семязачаток через пыльцевход, ее ядро разрушается, а кончик трубки при соприкосновении с оболочкой зародышевого мешка разрывается, освобождая мужские гаметы. Спермии проникают в зародышевый мешок в синергиду или в щель между яйцеклеткой и центральным ядром. Вскоре после вхождения пыльцевой трубки в зародышевый мешок синергиды и антиподы отмирают.

После этого один из спермиев оплодотворяет яйцеклетку . В результате образуется диплоидная зигота, из которой развивается зародыш нового растительного организма. Второй спермий сливается с двумя полярными ядрами (или с центральным диплоидным ядром), образуя триплоидную клетку, из которой впоследствии возникает питательная ткань -эндосперм. В его клетках содержится запас питательных веществ, необходимых для развития зародыша растения.