Детская энциклопедия




Меню сайта




Реклама











Растения и животные

 

Половое размножение растений

Жизнедеятельность живого организма не­возможна без размножения. Посредством раз­множения происходит увеличение числа осо­бей в растительном мире. Существует три спо­соба размножения растений — вегетативное, бесполое и половое.

При вегетативном способе размно­жения новая особь растения образуется из части вегетативных органов растений, т. е. листа, стебля или корня.

Иногда новая особь возникает даже из отдельной клетки того или иного вегета­тивного органа растения.

При бесполом размножении растений образуются специальные клетки (споры), из которых непосредственно вырастают новые само­стоятельно живущие особи, сходные с материн­ской. Подобное размножение свойственно неко­торым водорослям и грибам (см. ст. «Грибы»).

Половое размножение принципиально отличается от вегетативного и бесполого. По­ловой процесс в растительном мире крайне разнообразен и часто очень сложен, но по существу сводится к слиянию двух половых клеток (гамет) — мужской и женской.

Гаметы возникают в определенных клетках или органах растений. В некоторых случаях гаметы одинаковы по размерам и форме и обе обладают подвижностью благодаря наличию жгутиков (изогамия); иногда они несколько отличаются друг от друга по размерам (гете­рогамия). Но чаще — при так называемой оогамии — размеры гамет резко различны: мужская гамета, называемая спермато­зоидом, небольшая, подвижная, а женская — яйцеклет­ка — неподвижная и крупная.

Процесс слияния га­мет называется опло­дотворением. Га­меты имеют в своем ядре по одному набору хромосом, а в образо­вавшейся после слияния гамет клетке, которая называется зиготой, число хромосом удваи­вается. Зигота прорас­тает и дает начало но­вой особи растения.

Половой процесс осуществляется у рас­тений в определенное время и на определенном этапе его развития, на протяжении которого растение может размножаться также и беспо­лым путем (с образованием спор), и веге­тативно .

Половое размножение возникло в раститель­ном мире в процессе эволюции. У бактерий и сине-зеленых водорослей его еще нет. У боль­шинства водорослей и грибов, а также у всех высших наземных растений половой про­цесс отчетливо выражен.

Половое размножение очень важно для орга­низма тем, что благодаря слиянию отцовской и материнской клеток создается новый орга­низм. Он имеет большую изменчивость, лучше приспособлен к условиям окружающей среды.

Наиболее просто процесс по­лового размножения можно наб­людать у одноклеточных водоро­слей, например у хламидо­монад.

Хламидомонада размножается как бесполым, так и половым пу­тем. При бесполом размножении хламидомонада теряет жгутики и делится на 2, 4 или 8 гамет. Каж­дая из них снабжена двумя жгути­ками.

При половом размножении со­держимое клетки хламидомонады делится с образованием зна­чительно большего числа (32 или даже 64) гамет. Потом оболочка материнской клетки прорывается и гаметы, имеющие по два жгу­тика, выходят в воду, плавают, слипаются по­парно своими носиками, где расположены жгу­тики, и, наконец, пол­ностью сливаются друг с другом. У большинст­ва хламидомонад труд­но отличить, какие га­меты мужские, какие женские. Они одинако­вы и по форме, и по своей подвижности.

Од­нако есть некоторые ви­ды хламидомонад, ко­торые образуют непо­движные крупные жен­ские гаметы (яйцеклет­ки), а другие особи — мелкие подвижные муж­ские гаметы (сперматозоиды). После слияния гамет жгутики исчезают, образуется зигота, ко­торая сразу же покрывается оболочкой.

После некоторого покоя зигота прорастает. Первое деление ее ядра является редукцион­ным (редукционное деление — особое деление ядра, при котором число хромосом в клетке уменьшается вдвое).

В результате второго деления каждого из ядер образуются 4 клетки с одним набором хро­мосом в их ядрах. Оболочка зиготы лопается, и новые клетки выходят в воду, плавают, поль­зуясь для этого своими двумя жгутиками. До­стигая размеров материнской клетки, они могут снова размножаться бесполым и половым путем. Период от появления гаметы и до образова­ния новых гамет называют циклом раз­вития растения.

У некоторых многоклеточных водорослей обе половые клетки неподвижны. Так, у спи­рогиры при половом процессе содержимое одной клетки переливается в другую, где и происходит слияние их протоплазмы, ядер и образуется зигота. У других многоклеточ­ных водорослей, особенно бурых и крас­ных, процесс полового размножения более сложен.

Этот процесс очень разнообразен у назем­ных растений и имеет свои особые черты у мхов, папоротников, голосемянных, например у хвой­ных, а также у цветковых растений.

В связи с выходом из воды на сушу у мхов, папоротников, хвощей, плаунов и у семенных растений сильно усложнилось строение, а также процесс размножения. У них, как и у многих водорослей, наблюдается правильное чередование бесполого и полового поколения.

Зигота прорастает без редукционного деле­ния, и развивающаяся из нее особь имеет двой­ной набор хромосом. Это будет бесполое поколение, так как на ней образуются споры. При формировании их происходит ре­дукционное деление, в результате которого споры получат один набор хромосом. При прорастании споры образуется уже поло­вое поколение — организм, который име­ет половые клетки — гаметы. Все клетки этой особи несут один набор хромосом. Образу­ющаяся в результате оплодотворения зигота снова прорастает и дает бесполое поколение (с двойным набором хромосом). В цикле разви­тия может преобладать половое (мхи) или бесполое поколение (остальные высшие расте­ния).

Рассмотрим цикл развития мха кукуш­кина льна. Стебли этого мха небольшие, крепкие, с многочисленными мелкими узкими жесткими листьями. На верхушке некоторых из этих стеблей развиваются коробочки, сидящие на удлиненной ножке и покрытые колпач­ком, как капюшоном. Коробочка на ножке называется спорогоном. В самой коро­бочке, покрытой крышечкой, образуется масса спор. Они мелкие, как пыль. При их образова­нии происходит редукционное деление и споры получают по одному набору хромосом. Пос­ле их созревания волосистый колпачок сбра­сывается, коробочка вскрывается благодаря отскакиванию крышечки, и мелкие споры высы­паются наружу.

Споры попадают на почву и при влаж­ной погоде прорастают. При этом образуется зеленая ветвистая многоклеточная нить, сте­лющаяся по влажной поверхности почвы. Та­кая нить называется предростком. На предростке образуются почечки и корневидные ветвистые нити (ризоиды), прикрепляющие его к почве и выполняющие роль корней. Нити всасывают почвенные растворы, а из почечек развиваются новые стебли растения кукуш­кина льна.

На верхушке одних стеблей располагаются многоклеточные, но однослойные небольшие кувшинообразные выросты, сидящие на неболь­шой ножке,— это женские половые органы, или архегонии. В их нижней, расширенной части помещается одна неподвижная яйце­клетка. На верхушке других стеблей мха кукуш­кина льна вырастает многоклеточный, но одностенный удлиненный мешочек — антеридии. Внутри него образуются многочисленные мелкие мужские гаметы — сперматозоиды. Во время дождя или обильной росы мешочки лопа­ются вверху и из них выступает в слизистой массе множество сперматозоидов, снабженных двумя жгутиками, с помощью которых они двигаются в дождевой воде или росе. Они под­плывают к верхушке тех стеблей кукуш­кина льна, где находятся архегонии. Проник­нув через шейку архегония внутрь, спермато­зоид сливается с яйцеклеткой.

В результате образуется зигота, которая прорастает без редукции хромосом здесь же, на верхушке стебля кукушкина льна, образуя бесполое поколение — спорогон, состоящий из коробочки и ножки. Ножка спорогона внедряет­ся в ткани стебля и высасывает из него питатель­ные вещества. Таков цикл развития мхов. Нетрудно видеть, что у мхов сильно развито (преобладает) половое поколение.

У папоротников дело обстоит иначе.

Рассмотрим цикл развития у папоротника щитовника, распространенного по те­нистым местам в лиственных лесах. Из верхушки его подземного корневища ежегодно вырастает пучок перистосложных листьев.

На нижней поверхности листьев вдоль средней жилки легко заметить кучки спорангиев — так называемые сорусы, закрытые покры­валом, напоминающим в поперечном разрезе раскрытый зонтик. Спорангий имеет вид двояковыпуклой чечевицы и расположен на ножке. Внутри спорангия имеется масса мел­ких спор, возникших в результате редукцион­ного деления.

В сухую погоду, когда споры уже созрели, спорангий вскрывается. Высыпавшиеся от рез­кого толчка споры рассеиваются и попадают на поверхность почвы. Попав в благоприятные условия тепла и влаги, спора прорастает и об­разует очень маленькую (2—5 мм в диаметре) тонкую зеленую пластинку сердцевидной фор­мы — заросток.

Своей нижней поверхностью заросток плотно прижимается к земле благодаря ризоидам, вса­сывающим из почвы растворы минеральных солей, Заросток папоротника обоеполый: на его нижней поверхности расположены женские (архегонии) и мужские (антеридии) половые органы. Заросток и представляет собой половое поколение папоротника.

Во время дождя или обильной росы много­жгутиковые сперматозоиды выходят из анте­ридия в воду и направляются к архегонию. Так происходит процесс оплодотворения, после чего получается зигота — клетка с двой­ным набором хромосом.

Она прорастает здесь же, на заростке, и образует зародыш. Разра­стаясь все больше и больше, он образует все части взрослого растения: стебель, лист, корни. Затем на нижней поверхности листа взрослого растения снова образуются сорусы со споран­гиями.

Таким образом, в цикле развития папорот­ника преобладает бесполое поколение, форми­рующее спорангии со спорами (сам папорот­ник). Половое поколение (заросток) имеет не­значительные размеры и существует недолго. Оба поколения существуют раздельно, само­стоятельно.

Подобным же образом осуществляется раз­множение хвощей и плаунов, которые вместе с папоротниками объединяют в класс папорот­никообразных.

По-другому идет размножение у семен­ных растений. У них рассеиваются не споры, а семена. Однако и у этих растений тоже обра­зуются споры, а также двоякого рода клетки полового размножения: мужские и женские.

У голосемянных, например у со­сны, ели, образуются мужские и женские шиш­ки. Мужские шишки собраны в тесные группы у основания побегов, развивающихся в этом году. Женские шишки сидят поодиночке сна­чала на верхушке побега, а затем вследствие роста побега оказываются у его основания.

Мужская шишка состоит из чешуек, тесно сидящих на оси шишки. На нижней поверхно­сти чешуек расположены два спорангия. Внут­ри спорангия путем редукционного деления развивается огромное количество спор (пыли­нок). Содержимое каждой пылинки состоит из густой плазмы и ядра. Пылинка одета оболочкой, образующей два пузырчатых сет­чатых воздушных мешка. Подобное приспособ­ление способствует разносу ветром пылинок, высыпавшихся из лопнувшего пыльника.

Пылинка прорастает в мужской зарос­ток, первоначально заключенный внутри пы­линки. При этом ядро ее делится и образуют­ся две быстро разрушающиеся клетки и две сохраняющиеся дольше клетки — более круп­ная вегетативная и более мелкая антеридиальная. В таком двуклеточном состоянии пылинка переносится ветром и попадает на поверхность женской шишки, где и происходит процесс оплодотворения.

Женская шишка состоит из мелких крою­щих чешуи, в пазухах которых развиваются крупные мясистые семенные чешуи. У основа-

ния последних на их внутренней (верхней) стороне расположены по две овальные семя­почки. Вверху семяпочки имеется маленькое отверстие — семявход.

В семяпочке одна из клеток, выделяющаяся крупными размерами, приступает к редукцион­ному делению, в результате которого образуются 4 споры. Одна из них в свою очередь приступает к делению. В результате многократного деления образующихся при этом клеток формируется жен­ский заросток, занимающий середину семяпочки.

Остальные три споры отмирают. На заростке образуются два небольших архегония очень упрощенного строения с маленькими шейками, в каждом из которых находится по одной яйце­клетке.

Если теперь разрезать семяпочку вдоль, то можно увидеть, что заросток окружен содер­жимым семяпочки (нуцеллусом), который в свою очередь одет покровом семяпочки. Навер­ху осталось всего лишь маленькое отверстие — пыльцевход.

Через него и попадает перене­сенная ветром на верхушку семяпочки пылинка. Она втягивается внутрь семяпочки, где и про­растает на следующее лето. Пылинка образует длинную пыльцевую трубку, внедряющуюся в нуцеллус и растущую но направлению к шейке одного из архегониев. В это же время антеридиальная клетка делится на две. Одна из обра­зовавшихся клеток в дальнейшем разрушается, а другая (генеративная клетка) увеличивается в размере, делится и образует две половые клетки — мужские гаметы, или спермии, не имею­щие жгутиков.

Следует, однако, отметить, что у более древ­них голосемянных растений (гинкго и сагов­ники) имеются подвижные сперматозоиды, что Свидетельствует об их происхождении от па­поротникообразных растений.

Достигнув архегония, пыльцевая трубка лопается и один из спермиев попадает в архе­гонии и сливается с яйцеклеткой. Происходит процесс оплодотворения. Образуется зигота. Другой спермий вскоре отмирает. Из зиготы формируется зародыш нового растения, пита­ющийся за счет запасных веществ клеток жен­ского заростка. Сформировавшийся зародыш состоит из первичных листьев, или семядолей, из находящейся между ними почечки, подсемядольного колена и покрытого чехликом первич­ного корня. Зародыш окружен кожурой, в кото­рую превратился покров семяпочки. Семяпоч­ка становится теперь семенем.

Семена созревают к осени. Они сидят в осно­вании чешуи шишки. К осени на второй год своего существования шишка разрастается. Из зеленой она становится бурой, чешуи подсы­хают, расходятся, семена выпадают и рассеиваются. Попав в благоприятные условия, семе­на прорастают и развиваются в новые растения.

В цикле развития сосны также преобладает! бесполое поколение. Но по сравнению с папоротникообразными половое поколение здесь еще более упрощено. При этом оно потеряло способность к самостоятельной жизни и развивается внутри тканей бесполого поколения (женский заросток внутри семяпочки, а мужской заросток внутри пылинки).

Особенностью размножения у покрытoсемянных (или цветковых) растений является образование цветка как специализирован­ного органа, приспособленного к половому размножению. Внешняя часть цветка состоит из околоцветника обычно в виде лепестков и чашелистиков. Но главную часть цветка со­ставляют находящиеся в его центре пестик (или пестики) и тычинки, расположенные вокруг пестика. Тычинки состоят из тычиночных нитей и пыльников, а пестик — из одного или несколь­ких сросшихся между собой завернутыми внутрь краями плодолистиков. В образующейся при этом срастании полости скрыты расположенные обычно по краям плодолистиков одна или не­сколько семяпочек.

В нижней части завязи пестик расширен. По направлению кверху пестик утончается и образует столбик, который заканчивается по-разному устроенным рыльцем, служащим для улавливания и восприятия пыльцы. Пло­долистики затем изменяются и принимают боль­шое участие в образовании плода.

Как и у голосемянных, здесь центральную часть семяпочки занимает однородная ткань из живых клеток — нуцеллус. С внешней сто­роны нуцеллус прикрыт двумя, реже одним покровом. Внутренний покров прикрывает ну­целлус, но не смыкается над его верхушкой, а внешний — короче внутреннего. Поэтому на верху семяпочки имеется отверстие — пыльце­вход.

Вскоре после образования нуцеллуса одна из его верхних клеток путем редукционного деления образует четыре споры. Одна из них сильно разрастается и приступает к делению, в результате образует женский заросток —зародышевый мешок. Остальные три споры отмирают.

Женский заросток у покрытосемянных еще более упрощен по сравнению с голосемянными и состоит всего из восьми клеток. Образование его идет следующим образом. Ядро споры делится на два. Расходясь к полюсам зародышевого мешка, они снова двукратно делятся. Теперь на полюсах уже по четыре ядра.

Вскоре от каждой из этих четверок по на­правлению к центру мешка отделяется по одно­му ядру. Это — полярные ядра. Здесь они сближаются, затем, сливаясь, образуют цен­тральное ядро зародышевого мешка.

Ядра, оставшиеся на полюсах, облекаются протоплазмой. Образуется по три клетки на каждом из полюсов. Противоположные от семя­входа клетки называются антиподами. Три клетки, расположенные близ верхнего конца за­родышевого мешка, неодинаковы. Средняя из них представляет собой яйцеклетку, а рас­положенные по бокам возле нее две меньшие клет­ки называются вспомогательными. Середина зародышевого мешка заполнена про­топлазмой и вакуолями со вторичным ядром в центре.

В пыльнике тычинки, в каждом из четырех его гнезд, образуются споры (пылинки). Они происходят из особых (материнских) клеток пыльника в результате редукционного деле­ния их. Содержимое пылинки состоит из од­ного крупного ядра и густой протоплазмы. Пылинка окружена двумя оболочками: внут­ренней и внешней. Во внешней оболочке име­ются отверстия или утонченные места. Еще в гнезде пыльника в каждой пылинке начинает­ся формирование мужского заростка. Он еще более упрощен в сравнении с голосемянными.

Ядро пылинки делится, и образуются две клетки: более крупная — вегетативная и более мелкая — генеративная. После этого пыльник вскрывается, пыльца из него высыпается и спомощью ветра, насекомых, воды, а у некото­рых тропических растений при помощи птиц попадает на рыльце пестика.

Этот процесс называется опылением.

Цветки ветроопыляемых растений не­взрачны. Они имеют околоцветник в виде пле­нок, чешуек; нередко он совсем отсутствует (злаки, осоки, дуб, береза, осина, ольха и др.). Пыльца этих растений очень мелкая, округлая, с сухой, гладкой наружной обо­лочкой. Пыльцы образуется очень много, ведь ветер — ненадежный опылитель. Лишь небольшая часть пылинок попадает на рыльце пести­ка. Среди цветковых растений около 10% явля­ются ветроопыляемыми.

Большинство цветковых растений опыля­ется насекомыми: пчелами, осами, шмелями, ба­бочками, мухами. Насекомые посещают цветки ради сладкого сока (нектара), который выде­ляется особыми нектарными железками, рас­положенными на лепестках, тычинках или на цветоложе.

У насекомоопыляемых растений цветки име­ют ярко окрашенный венчик, хорошо замет­ный издали. Пыльца у них более крупная, на­ружная оболочка пылинок имеет выросты в ви­де шипов, бугорков, что позволяет ей легко задерживаться на рыльце.

Очень важно, чтобы пыльца не попадала на рыльце того же цветка (самоопыление). В этом случае, как заметил еще Ч. Дарвин, по­лучается более слабое потомство. Лучшие ре­зультаты получаются в том случае, если пыльца попадает на рыльце другого цветка или на цветки других экземпляров растения (перекрестное опыление).

У растений имеются различные приспособле­ния, обеспечивающие перекрестное опыление, позволяющие избежать самоопыления. Так, у ветроопыляемых растений цветки большей частью раздельнополые: одни цветки содержат •только тычинки (тычиночные цветки), другие — только пестики (пестичные цветки).

У насекомоопыляемых растений цветки, как правило, обоеполые, имеющие тычинки и пе­стики. Перекрестное опыление здесь обеспе­чивается различными способами. Например, очень часто тычинки созревают и начинают высыпать пыльцу значительно раньше, чем пол­ностью сформируется пестик. Только после того, как пыльца высыплется из тычинок и бу­дет унесена насекомыми, рыльца пестика раз­вертываются и могут воспринимать пыльцу. У многих растений пестики созревают раньше тычинок.

У ряда растений, например у примулы, медуницы, незабудки цветки имеют неодина­ковые по длине тычинки и пестики. У одних имеются цветки с короткими тычинками и длинными столбиками пестиков, у других ты­чинки в цветке высоко приподняты над корот­кими столбиками.

Наиболее здоровое и сильное потомство образуется из семян, образовавшихся в ре­зультате перенесения пыльцы из цветков с длинными тычинками на рыльце пестиков с длинными столбиками.

Развитие цветковых растений и насекомых-опылителей шло параллельно. В процессе эво­люции приспособления цветков к перекрест­ному, опылению насекомыми постоянно совер­шенствовались и наибольшей сложности достиг­ли у таких высокоорганизованных цветковых растений, как губоцветные (шалфей и др.), сложноцветные, орхидеи и др.

Перенесенная тем или иным способом на рыльце пестика пыльца продолжает свое разви­тие — начинает прорастать. Вегетативная клет­ка, находящаяся внутри пылинки, разрастает­ся и вытягивается в пыльцевую трубку, которая выходит через отверстие во внешней оболочке пылинки и продвигается в виде тонкой нити сквозь рыхлую ткань рыльца и стенок пестика к семяпочке. Через пыльце­вход она направляется к зародышевому мешку.

Во время роста пыльцевой трубки в нее проникает генеративная клетка. Здесь она делится и образует две оплодотворяющие муж­ские гаметы (спермии). Достигнув зародышевого мешка, пыльцевая трубка, в которой находятся вегетативное ядро и два спермия, лопается, и со­держимое ее изливается в зародышевый мешок. Один из спермиев сливается с яйцеклеткой. Образуется зигота. Второй спермий направ­ляется в середину зародышевого мешка и сли­вается там со вторичным ядром.

Происходит составляющее особенность цвет­ковых, или покрытосемянных, растений так называемое двойное оплодотворе­ние. Честь его открытия в конце XIX сто­летия принадлежит нашему русскому ученому С. Г. Навашину.

Оплодотворенное вторичное ядро начинает быстро делиться. В результате зародышевый мешок заполняется массой клеток, содержащих питательные вещества (крахмал, масло). Эту использующуюся для питания зародыша ткань называют эндоспермом.

Оплодотворенная яйцеклетка зигота начинает расти и делиться, в результате чего формируется зародыш, представляющий собой маленькое растение, состоящее из семядолей (двух или одной), подсемядольного колена и корня.

Семяпочка тем временем превращается в семя, ее покровы твердеют и образуют кожуру семени. Стенки завязи (плодолистики) разра­стаются, становятся сочными или твердыми, кожистыми или деревянистыми. Теперь завязь превращается в плод, надежно защищающий семена. Плоды разносятся животными или ветром, и после разрушения стенок (околоплодника) семена освобождаются. Семя в благоприятных условиях прорастает и дает новое бесполое поколение цветкового растения. Таким обра­зом, в цикле развития покрытосемянных, или цветковых, растений также преобладает беспо­лое поколение.

Половой процесс у семенных и особенно у цветковых растений не связан со свободной капельножидкой водой, недостаток которой так остро ощущается при жизни на суше. Мужские гаметы (спермии) у них доставляются к яйце­клеткам при помощи пыльцевой трубки. У низ­ших растений, а также у мхов и у папоротнико­образных половой процесс связан с водой, в которой сперматозоиды активно движутся к яйцеклеткам. Эти растения произрастают или в воде (водоросли), или же связаны в рас­пространении с влажными, тенистыми, болотистыми местами (мхи, папоротники, хвощи, плауны).

Освободившись в половом процессе от потребности в воде и образовав семя, надежно защищающее зародыш, семенные и особенно покрытосемянные (цветковые) растения смогли по-настоящему завоевать сушу. Они в настоя­щее время господствуют на Земле.

* * *

Прошли сотни миллионов лет, прежде чем из одноклеточных организмов образовались цветковые растения с их очень сложными приспособлениями для опыления и оплодотво­рения. Однако мы можем проследить отдель­ные этапы этого процесса, начиная от одно­клеточной хламидомонады, через группы мхов, папоротникообразных и голосемянных растений.

 





 
 
---------------------------------------------------- 
Календарь
«  Октябрь 2017  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
      1
2345678
9101112131415
16171819202122
23242526272829
3031

Реклама
  • Испанский фарфор Lladro в качестве подарка жене.

  • Новые статьи
    Каталог статей
    Как подготовить ребенка к школе
    Освоение навыков чтения
    Природные материалы на уроках труда

    Статистика


     




     
    Адрес почты Вопросы по рекомендациям, размещению рекламы и обратных ссылок обращайтесь pochta@enciklopediya1.ru
    2013 © 2017