Процесс полового размножения у покрытосеменных растений

В 7 классе на уроках ботаники школьники изучают половое размножение покрытосеменных растений. Это помогает детям понять, какой сложный путь прошла флора нашей планеты во время эволюции. Двойное оплодотворение — это уникальное явление. Оно не встречается ни у одного из живых организмов, кроме цветковых растений. Если описывать этот процесс кратко, то можно сказать, что он заключается в оплодотворении не только яйцеклетки, но и центральной клетки зародышевого мешка.

Оглавление:

• Виды размножения высших растений
• Части цветка
• Образование мужских и женских клеток
• Процесс опыления
• Как происходит двойное оплодотворение
• Эволюционное значение

Виды размножения высших растений

Двойное оплодотворение у цветковых растений было впервые исследовано в 1898 году. Его открыл русский ученый Сергей Гаврилович Навашин при исследовании размножения лилии кудреватой и рябчика восточного. Это открытие внесло серьезный вклад в биологию. До этого ученые неоднократно исследовали высшие растения, но никто не обратил внимания на двойное оплодотворение.

Покрытосеменные растения могут размножаться двумя путями: вегетативным и половым. Чтобы определить, какой из этих способов является более прогрессивным, нужно разобраться в их сути.

При вегетативном способе новое растение образуется из части тела родительской особи, например, из кусочков корня, луковиц, побегов, клубней. Это самый простой и быстрый путь размножения. Его часто используют при выращивании садовых культур, так как он дает большое количество урожая. Но вегетативный способ не позволяет получать различные комбинации генов у потомства. Растения, полученные таким путем, полностью наследуют все черты материнской особи.

Половой способ размножения предполагает слияние женских и мужских клеток, которые иначе называются гаметами. В результате этого процесса образуется зигота. Это клетка с двойным набором хромосом, из которой формируется зародыш. Он наследует признаки двух родителей. Молодое растение получает свойства, которые помогают ему выживать и адаптироваться к условиям внешней среды.

Части цветка

Характерной особенностью покрытосеменных растений является наличие цветка. Это орган размножения, который сформировался в ходе эволюции. Он представляет собой измененный побег, в котором происходит образование гамет и двойное оплодотворение у растений. В строении цветка можно выделить такие части:

• стерильные (околоцветник);
• репродуктивные (пестики, тычинки).

Околоцветник состоит из чашелистиков и лепестков, которые образуют чашечку и венчик. Стерильные части цветка не участвуют в размножении. Они предназначены для защиты репродуктивных органов — пестиков и тычинок.

Тычинка — это мужской орган размножения. В ее верхней части расположен пыльник. Он состоит из камер, в которых образуются мужские гаметы (пыльцевые зерна). Цветок может содержать от одной до сотен тычинок. Их количество зависит от разновидности растения.

Пестик — женский репродуктивный орган, расположенный в центре цветка. Здесь происходит процесс опыления и развитие зародыша. Пестичная часть цветка состоит из завязи, столбика и рыльца.

Мужские цветки содержат тычинки, а женские — пестики. Существуют также гермафродитные (обоеполые) растения. У них пестик и тычинки располагаются в одном цветке.

У однодомных растений тычиночные и пестичные цветки вырастают на одной особи. Это упрощает процесс размножения. Двудомные растения характеризуются тем, что мужские и женские цветки находятся на разных особях.

Образование мужских и женских клеток

Двойному оплодотворению предшествует формирование мужских и женских клеток. Этот процесс происходит в репродуктивных частях цветка.

В пыльниках тычинок расположены стволовые клетки. При делении они образуют микроспоры, из которых формируются пыльцевые зерна. Образование пыльцы происходит, когда лепестки цветка распускаются. Пыльцевое зерно состоит из двух видов клеток: генеративной и вегетативной. При делении генеративной клетки образуются две мужских гаметы, которые иначе называют спермиями. Они могут иметь разнообразную форму. Спермии не могут самостоятельно передвигаться, так как не снабжены жгутиками.

Внутри пестика формируются семязачатки. Они представляют собой выросты на стенках завязи. Каждая семяпочка содержит мегаспору. Это специальная клетка, которая в процессе деления дает начало яйцеклетке и зародышевому мешку. Так формируются женские гаметы в пестике.

Процесс опыления

Опылением называется перенос гамет с мужских цветков на женские. Это первый этап полового размножения. Пыльца переносится с тычинки на пестик разными способами. Биологи выделяют следующие разновидности этого процесса:

• самоопыление;
• перекрестное опыление.

Самоопыление характерно для обоеполых растений. Перенос пыльцевых зерен происходит в пределах одного цветка. Пыльца падает на рыльце пестика под действием силы тяжести. В некоторых случаях ее перенос осуществляется ветром или мелкими насекомыми, обитающими внутри цветка. Обязательным условием самоопыления является одновременное созревание пестика и тычинок.

Двудомные и однодомные растения размножаются преимущественно перекрестным опылением. Это означает, что пыльцевые зерна переносятся с мужского цветка на женский. Этот процесс осуществляется с помощью ветра, воды или летающих насекомых. Важную роль в размножении растений играют пчелы. Одна особь способна осеменить за день около 2000−3000 женских цветков.

Разные виды цветковых растений имеют свои особенности. Это связано со способом переноса пыльцы. Растения, опыляемые насекомыми, отличаются крупными и ароматными цветками. Тычинки содержат крупные пыльцевые зерна, покрытые липким веществом. Это позволяет пыльце удерживаться на лапках насекомых.

Ветроопыляемые виды покрытосеменных выглядят более невзрачно. Их мелкая и сухая пыльца легко распространяется с дуновением ветра.

В некоторых случаях опыление производится вручную человеком. Это позволяет выводить новые сорта садовых и огородных культур, а также повышать урожайность. Чтобы искусственно оплодотворить большое количество растений, люди используют специальные устройства и инструменты.

Как происходит двойное оплодотворение

После опыления пыльцевые зерна попадают на рыльце пестика. Эта часть цветка выделяет липкую жидкость, которая помогает пыльце удерживаться.

Вегетативная клетка начинает делиться. Из неё образуется пыльцевая трубка, которая растет со скоростью 35 мм в час. Она прорастает через стенки рыльца и столбик пестика, а затем проникает в завязь, где находится семязачаток с яйцеклеткой и зародышевым мешком.

На конце пыльцевой трубки расположено два спермия. Мужские гаметы у растений не могут самостоятельно двигаться. Они перемещаются к семязачатку по мере роста трубки.

Семязачаток имеет специальное отверстие — пыльцевход. Через него прорастает пыльцевая трубка. Спермии попадают в зародышевый мешок семязачатка, где находятся яйцеклетка и центральная клетка. В этой полости происходит процесс двойного оплодотворения:

1. Формирование зародыша. Один спермий оплодотворяет яйцеклетку. В результате образуется зигота, из которой формируется зародыш семени.
2. Образование эндосперма. Второй спермий сливается с центральной клеткой зародышевого мешка. В результате оплодотворения формируется особый вид ткани — эндосперм.

Зигота и зародыш семени обладают двойным (диплоидным) набором хромосом, а эндосперм — тройным (триплоидным). Это связано с тем, что центральная клетка зародышевого мешка является двухъядерной. Эндосперм наследует хромосомный набор от двух ядер и спермия. В этой ткани накапливаются питательные вещества, которые необходимы зародышу. По мере развития семени завязь цветка превращается в плод.

Результатом опыления и оплодотворения является образование семян. С их помощью происходит размножение растений. Сложный процесс оплодотворения у покрытосеменных можно представить в виде схемы:

• формирование спермиев;
• перенос пыльцевых зерен с тычинок на пестик;
• прорастание пыльцевой трубки в семязачаток;
• оплодотворение яйцеклетки одним спермием;
• слияние второго спермия с центральной клеткой;
• развитие зародыша и эндосперма.

У голосеменных растений тоже образуются семена. Но у них не происходит двойного оплодотворения. Эндосперм голосеменных содержит одинарный набор хромосом. У этой группы растений не формируется плод, так как отсутствует цветок и его завязь.

Эволюционное значение

Биологи считают, что одновременное оплодотворение спермиями яйцеклетки и центральной клетки является прогрессивным способом размножения. Наличие эндосперма с тройным хромосомным набором создает наиболее благоприятные условия для формирования семян и плода.

Зигота и эндосперм развиваются одновременно. Зародыш получает питание на ранних этапах формирования. Семязачатку не приходится тратить ресурсы на создание запаса питательных веществ. Этот орган расходует свои силы исключительно на развитие зародыша.

Эндосперм у покрытосеменных разрастается быстрее, чем у голосеменных. Поэтому он дает развивающемуся зародышу больше питания.

У голосеменных растений эндосперм формируется даже тогда, когда зародыш отсутствует. У покрытосеменных ткань с запасом питания образуется только при развитии семени. Это позволяет экономить ресурсы и не тратить питательные вещества впустую.