Строение растительных клеток, клеточных структур, их химический состав, функции

У высших растений спорангий  – многоклеточный орган, имеющий  одно- или многослойную стенку. Внутри спорангия формируется спорогенная ткань, из которой путём мейоза образуются мейоспоры.

Споры низших растений, обитающих  в воде. имеют жгутики, с их помощью  они передвигаются. Такие споры  со жгутиками называются зооспорами. Споры сухопутных растений обычно лишены жгутиков и разносятся ветром, От высыхания они защищены твёрдой клеточной оболочкой.

Бесполое размножение  может осуществляться и другим способом: 1) делением родительской особи (одноклеточные  водоросли); 2) делением органа растения на отдельные части – черенки. Такой способ размножения называется вегетативным и широко используется в практике растениеводства. При этом каждая часть органа постепенно формирует отсутствующие органы, т.е. происходит регенерация – восстановление целого организма из части.

Совокупность новых  особей, возникших из одной материнской вегетативным путём, носит название клон.

У цветковых растений вегетативное размножение очень  разнообразно, широко распространено и играет в природе колоссальную роль в расселении (распространении) растений.

Способы вегетативного размножения.

Различают искусственное  и естественное  вегетативно размножение.

Способы естественного  вегетативного размножения:

1. Выводковые почки. Они возникают на растении в большом числе, потом опадают, разносятся ветром, ногами животных, водой. Выводковая почка – зачаточный побег, который прорастает и даёт новую особь (бриофиллюм, некоторые лилии).

К числу специализированных органов вегетативного размножения  относятся зимующие почки некоторых  растений.

2) Размножение плетями  и усами (земляника, лютик ползучий)

3) Поросль корневая  пнёвая. При поражении корневищ  возникает поросль – множество  побегов. Пневая поросль имеет  место при вырубке деревьев  или после гибели кроны дерева  от других причин. В основании  пня из придаточных почек коры  возникает поросль.

В природе растения также размножаются луковицами, клубнями, корневищами.

Искусственное вегетативное размножение осуществляется с помощью черенков. Черенком называется искусственно отделённый небольшой побег или часть иного органа. Черенки бывают стеблевые, корневые, листовые.

Черенки можно выращивать в почве или сращивать с  другими растениями (способ прививки). Способы прививки существуют разные: сближение, копулировка, окулировка.

При сращивании двух объектов черенок называется привоем, а растение с корнем – подвоем. Т.о. привой прививается на подвой.

 

Половое размножение  и циклы воспроизведения у  растений.

Половым размножением называют такой тип размножения, при котором  новые особи образуются в результате полового процесса. Сущность полового процесса в том, что на определённом этапе развития растений образуются половые клетки – гаметы (муж. и жен.), в результате слияния которых образуется зигота; последняя при своём прорастании даёт начало новому организму. При этом сливаются цитоплазма и ядра, однако хромосомы слившихся ядер сохраняют свою индивидуальность, и ядро зиготы содержит удвоенный (диплоидный) набор хромосом по сравнению с одинарным (гаплоидным) набором в ядрах гамет. Слияние ядер очень важный этап полового процесса и называется оплодотворением. В диплоидном наборе хромосом ядра зиготы объединяется наследственный материал двух генетических нетождественных родителей. В этом состоит биологическая роль полового процесса, обеспечивающего появление генетически более разнообразного потомства, несущего признаки и материнского и отцовского организма.

В результате полового процесса появляются особи с несколько  изменёнными, но более богатыми наследственными  возможностями, чем любой из родительских организмов.

Множественность полового потомства обеспечивается, как правило, множественностью гамет.

У растений бывают различные  типы гамет, в соответствии с этим различаются и типы полового процесса. Так, у некоторых одноклеточных  водорослей, лишенных твёрдой оболочки, могут сливаться не гаметы, а целые  одноклеточные организмы, вступившие на определённом этапе жизни в роли гамет. Такой половой процесс носит название хологамии. Обе сливающиеся клетки внешне друг от друга не отличаются.

У большинства растений формируются специализированные гаметы в особых органах – гаметангиях. У низших растений гаметангии представлены одной клеткой, содержимое которой делится и даёт гаметы. У высших растений гаметангии многоклеточны.

Иногда все гаметы совершенно одинаковы по форме и  размерам, но различаются физиологически (их обозначают как плюс и минус гаметы), Половой процесс при слиянии таких гамет называется изогамным. Он встречается, например, у водорослей. Обычно эти гаметы имеют жгутики и поэтому свободно передвигаются в воде, У некоторых водорослей и грибов гаметы различают по размерам – это гетерогамный половой процесс. У многих низших и высших растений половой процесс оогамный. При этом женские гаметы более крупные и неподвижные, по сравнению с мужскими, и называются уже яйцеклеткой, расположена в гаметангии, который у низших растений называется – оогонием, а у высших – архегонием. Мужские гаметы мелкие, со жгутиками, называются сперматозоидами, а гаметангии, в которых они образуются – антеридиями.

Биологическое значение оогамии, как эволюционно более  развитого типа полового процесса заключается в следующем:

1. Крупные размеры яйцеклетки обеспечивают зиготе запас питательных веществ для дальнейшего её развития.
2. Неподвижность клетки создаёт предпосылки для внутреннего оплодотворения и лучшей защиты зиготы, что особенно важно в условиях «сухопутной» жизни высших растений.
3. Увеличение числа мужских гамет повышает эффективность полового процесса, а уменьшение их размеров обеспечивает передвижение в очень тонких плёнках воды в надземных условиях.

Смена фаз и  чередование поколений.

Жизнь каждой особи растения характеризуется определённой цикличностью – индивидуальным циклом развития, или онтогенезом. В ходе онтогенеза различают отдельные фазы развития, как вегетативных органов, так и репродуктивных. Причём для каждой природной группы растений свойственна своя частичная, закономерная последовательность заложения и развития органов – органогенез. В индивидуальном жизненном цикле также наблюдается последовательность и взаимная связь бесполого размножения и полового. У разных растений она выражена по-разному. Особь, которая производит споры или зооспоры и их вместилища – спорангии, наз. спорофитом. Клетки вегетативного тела спорофита содержат двойной набор хромосом, но при образовании спор происходит редукционное деление (мейоз), поэтому споры всегда моноплодны, т.е. содержат только одинаковый набор хромосом. В отличие от спор бесполого размножения они не могут непосредственно воспроизвести новую особь – спорофит. Из этих спор развивается гаметофит, на котором развиваются не спорангии со спорами, а органы полового размножения, которые продуцируют половые клетки – гаметы. Все клетки гаметофита, в т.ч. и гаметы, моноплоидны. В результате полового процесса (слияния двух гамет) возникает зигота, а из неё развивается новая особь – спорофит, формирующая споры полового размножения. Т.о. переход из гаплоидной фазы в диплоидную совершается только в момент оплодотворения.

У многих низших и высших растений чередование гапло- и диплофазы  связано с более сложным процессом  – чередованием поколений гаплобионтов и диплобионтов. При этом каждое последующее поколение отличается не только набором хромосом, но и внешним видом.

Понятие о циклах воспроизведения. В связи с тем, что половой процесс и мейоз должен закономерно чередоваться, наблюдается правильная смена ядерных фаз, процессов образования спорангиев и мейоспор, гаметангиев и гамет, слияния гамет. Происходит смена морфологических и физиологических состояний особей.

Таким образом, в жизни  вида (последовательной смене поколений  особей) чётко выделяются отрезки  – циклы воспроизведения (или цикл развития), цикл воспроизведения – отрезок жизни вида, ограниченный двумя одноимёнными этапами: от гаплобионта до гаплобионта, от спорофита до спорофита, от зиготы до зиготы.

 

Вопросы для  контроля

• Какие способы размножения существуют у растений?
• Как происходит бесполое размножение?
• Что такое размножение, а что такое воспроизведение?
• Какие споры называются зооспорами?
• В чём суть вегетативного размножения? Способы вегетативного размножения?
• Что такое гамета? Зигота? Оплодотворение?
• Типы полового процесса у низших растений.
• Что такое спорангий? Гаметангий?
• В чём суть чередования поколений и смены ядерных фаз?
• Чем представлены спорофит и гаметофит у папоротника?
• Что такое гаплобионт? Диплобионт?

1. Что такое цикл воспроизведения?

 

 

Тема 7. Семенное размножение растений.

 

7.1. Базовые понятия. Опыление, семя, семязачаток, семенная кожура, микропиле, эндосперм, пыльца, интегумент, интина, экзина.

 

7.2. Лекция. Общая характеристика семенного размножения растений.

У большинства высших растений, объединённых под названием семенные, органами воспроизведения, размножения и расселения служат не споры, а семена. Они образуются в большом количестве, на материнском растении, а затем опадает с него, давая начало новой особи, подобной материнской. Таким образом, семена выполняют и функцию воспроизведения. Чередование поколений при этом замаскировано, хотя и существует.

Главное отличие семенных от высших споровых заключается в  том, что гаметофиты, особенно женский, утратили способность к самостоятельному существованию и живут исключительно за счёт спорофита. При этом осуществлено весьма важное приспособление к наземной жизни: полная независимость оплодотворения от водной среды. Семенные растения не нуждаются в воде для передвижения гамет; взамен этого возник процесс опыления – перенос мужских гаметофитов по воздуху.

Семенные растения относятся  к разноспоровым, то есть споры одного растения образуют два типа спор и  два типа заростков, а не один, как  у равноспоровых (папоротники). На растении – спорофите у голосеменных и цветковых образуются микро- и мегаспорангии с мейоспорами, как и у споровых растений. Однако, микро- и мегаспоры из спорангиев наружу не высыпаются, а прорастают здесь же, под защитой стенок спорангиев и дополнительных защитных образований на материнском спорофите. Таким образом, развитие мужских и женских гаметофитов идёт внутри микро-  и мегаспорангиев.

Семя формируется из семязачатка (семяпочки). Семязачаток представляет собой видоизменённый мегаспорангий, внутри которого развивается и происходит оплодотворение, а затем из зиготы формируется зародыш нового спорофита. После оплодотворения семязачаток, собственно, и превращается в семя. Внешние покровы мегаспорангия при созревании семени превращаются в семенную кожуру. Запасающие ткани семени у голо- и покрытосеменных формируются по-разному.

Цикл воспроизведения  и семенное размножение у голосеменных.

Разберём особенности цикла воспроизведения и размножения голосеменных на примере сосны обыкновенной (Pinus sylvaticus).

Сосна – крупное, многолетнее дерево, размножающееся семенами, которые образуются в шишках. Имеются женские и мужские шишки, семена формируются в женских. Растение представляет собой спорофит, а оба типа шишек – органы спороношения (то есть собрание мега- и микроспорофиллов), по происхождению – органы бесполого размножения.

Женская шишка состоит  из укороченной оси и сидящих  на ней плёнчатых кроющих чешуй. В их пазухах, частично прирастая  к ним, развиваются утолщённые, впоследствии одревесневающие семенные чешуи, на верхней стороне которых, обращённой к оси шишки, располагаются два семязачатка (семяпочки).

Семязачаток, как уже  указывалось ранее, - видоизменённый спорангий. Семяпочка состоит из нуцеллюса и покрова (интегумента). На верхушке семяпочки интегумент не замкнут, его края образуют отверстие – микропиле (или пыльцевход).

Внутри нуцеллюса выделяется и разрастается одна крупная клетка археспория. Она становится материнской  клеткой мегаспор. В результате мейоза из неё образуются четыре гаплоидные мегаспоры, расположенные друг над другом. Эти мегаспоры не высыпаются, а дальше развиваются внутри нуцеллюса, формируя женский заросток, который называется эндосперм. По сути это и есть гаметофит.

Из четырёх мегаспор обычно прорастает только одна, остальные  отмирают и идут на питание оставшейся. На стороне заростка, обращённой к пыльцевходу, образуются два архегония, в основании каждого из них находится крупная яйцеклетка. В такой стадии гаметофит готов к оплодотворению.

Мужские шишки, состоят  из короткой оси и тесно сидящих  на ней микроспорофиллов (тонких плёнчатых чешуй с двумя круглыми микроспорангиями – пыльцевыми мешками) на нижней стороне. Внутри микроспорангия имеется археспорий, который в дальнейшем образует тапетум и спорогенную ткань. В результате мейоза из этой ткани возникают многочисленные тетрады гаплоидных микроспор, окружённых наружной оболочкой – экзиной. У некоторых хвойных экзина отстаёт внутренней оболочки – интины, образуя два воздушных мешка, с помощью которых микроспора переносится легче по воздуху.