Учебник для 9 класса

Биология

§24. Образование половых клеток и половое размножение у растений

Рассмотрите на рисунках 97—99 жизненные циклы растений. Вспомните из учебника 6 класса, как происходит размножение этих растений. В чем сущ ность двойного оплодотворения у покрытосеменных (цветковых ) растений?

У растений образование половых клеток и индивидуальное развитие протекают иначе, чем у животных. В царстве растений наблюдается чередование в жизненном цикле полового и бесполого поколений. Кроме того, у растений мейоз происходит не при образовании половых клеток, а при созревании спор.

Чередование поколений у растений. Спорофит (от греч. спора — семя и фитон — растение) — бесполое поколение растений с двойным набором хромосом. На спорофите в процессе мейозе образуются споры. Из спор развивается гаметофит (от греч. гаметес — супруг и фитон — растение) — половое поколение с одинарным набором. На нем в митозе образуются гаметы. После оплодотворения из зиготы снова образуется спорофит. Далее процесс повторяется. В зависимости от типа растения взрослый организм может быть гаметофитом или спорофитом (рис. 96).

Рис. 96. Чередование бесполого (спорофита) и полового (гаметофнта) поколеиий в жизненном цикле растений

У зеленых водорослей в жизненном цикле преобладает половое поколение — гаметофит (рис. 97). Он размножается бесполым и половым путями. В определенный период на гаметофите развиваются гаметы, разные или одинаковые по величине. После слияния гамет образуется зигота, из которой в результате мейоза формируются споры. Они дают начало новым гаметофитам. В жизненном цикле зеленых водорослей спорофит представлен только одной клеткой — зиготой.

Рис. 97. Жизненный цикл зеленой водоросли (улотрикс)

У мхов гаметофит в цикле также преобладает (рис. 98). Он развивается при прорастании споры. Это листостебельное растение, на побегах которого образуются мужские и женские органы полового размножения. Спорофит — тонкая ножка с коробочкой — развивается на гаметофите и не способен к самостоятельному существованию.

Рис. 98. Жизненный цикл зеленого мха кукушкин лен

В спорангиях в результате мейоза образуются споры. Споры после созревания высыпаются и во влажной среде прорастают, давая начало ветвящейся нити (предростку). На ней из почек развиваются гаметофиты.

У папоротников, плаунов и хвощей, наоборот, в жизненном цикле преобладает спорофит (рис. 99). На нем в специальных органах — спорангиях в результате мейоза образуются споры. Споры после созревания высыпаются и прорастают. При прорастании из споры развивается половое поколение — гаметофит, который представляет собой небольшой заросток. В процессе митоза на нем образуются мужские и женские гаметы.

Рис. 99. Жизненный цикл папоротника щитовника мужского

При наличии воды происходит оплодотворение и образуется зигота. Из нее развивается зародыш, а далее молодое растение — спорофит.

Размножение и развитие семенных растений. У семенных растений размножение происходит семенами. В жизненном цикле преобладает спорофит, а гаметофит сильно уменьшен в размерах (редуцирован), развивается на спорофите и представлен лишь несколькими клетками. Развитие семенных растений рассмотрим на примере жизненного цикла покрытосеменных, или цветковых растений.

Рис. 100. Шишка — орган семейного размножения голосемянных растений

Взрослое растение — спорофит, имеет двойной набор хромосом. Спорофит развивается из семени. Репродуктивным органом является цветок (рис. 101). В цветке формируется женский орган — пестик и мужской орган — тычинки. В завязи пестика в семязачатках в результате мейоза образуются 4 споры. Деление происходит неравномерно — образуются одна крупная спора и три мелкие. Три мелкие споры отмирают, а одна крупная развивается в женский гаметофит. Спора трижды делится митозом и образуется восьмиядерный зародышевый мешок: 8 ядер в котором распределяются следующим образом. Ближе к пыльцевходу находится крупное ядро — яйцеклетка, рядом два ядра помельче — сопутствующие. На противоположном полюсе мешка располагаются три ядра, а в центре — два центральных ядра. Все ядра имеют одинарный набор хромосом (n). Таким образом, женский гаметофит у покрытосеменных растений представлен восьмиядерным зародышевым мешком.

Рис. 101. Органы семенного размножения цветковых растений: 1 — цветок; 2 — плод

В пыльцевых мешках тычинок из клеток спорангия в результате мейоза образуются 4 мелкие споры. Все споры развиваются и дают начало мужским гаметофитам. Каждая спора делится митозом и образует вегетативную и генеративную клетку. Вегетативная и генеративная клетки покрываются двойной оболочкой — образуется пыльцевое зерно. Таким образом, мужской гаметофит у покрытосеменных растений представлен двумя клетками с оболочкой — пыльцевым зерном.

При попадании пыльцевого зерна на рыльце пестика цветка вегетативная клетка начинает прорастать, образуя пыльцевую трубку. Благодаря току цитоплазмы пыльцевой трубки генеративная клетка продвигается к пыльцевходу зародышевого мешка (рис. 102). Ядро генеративной клетки при этом делится митозом и образуются два спермия — неподвижные мужские гаметы. Они через пыльцевход проникают в зародышевый мешок. Один спермий (n) сливается с яйцеклеткой (n), что образует зиготу (2n). Из зиготы развивается зародыш семени. Второй спермий (n) сливается с двумя ядрами центральной клетки (2n), в результате образуется эндосперм семени, в котором запасаются питательные вещества. Ядра клеток эндосперма у покрытосеменных растений имеют тройной набор хромосом (3n).

Рис. 102. Жизненный цикл и двойное оплодотворение у цветковых растений: 1 — слияние спермия с центральной клеткой; 2 — слияние спермия с яйцеклеткой; 3 — кожура семени; 4 — зародыш (2n); 5 — эндосперм (3n)

Процесс слияния спермиев с яйцеклеткой и центральной клеткой называют двойным оплодотворением. Он был открыт в 1898 г. русским ученым Сергеем Гавриловичем Навашиным (рис. 103). В результате двойного оплодотворения из семязачатка цветка формируется семя, а из покровов семязачатка — семенная кожура. Вокруг семени из завязи или других частей цветка развиваются стенки плода. При вскрывании или разрушении стенки плода семя оказывается снаружи. При определенных условиях оно прорастает, из зародыша семени развивается новое растение — спорофит.

Рис. 103. Сергей Гаврилович Навашин (1857 — 1930)

Итак, у растений от низших к высшим, наблюдается постепенное увеличение срока жизни спорофита. Начиная с папоротникообразных, в жизненном цикле преобладает спорофит, а гаметофит постепенно редуцируется до одной или нескольких клеток.

Упражнения по пройденному материалу

1. В чем особенность индивидуального развития растений по сравнению с животными?
2. Как происходит чередование поколений у растений?
3. Какое поколение преобладает в жизненном цикле водорослей, мхов, папоротникообразных и семенных растений?
4. Как происходит развитие у покрытосеменных, или цветковых растений женского и мужского гаметофита?
5. Почему оплодотворение у покрытосемянных, или цветковых растений называют двойным?
6. Как изменяется гаметофит от низших к высшим растениям? Объясните, какое преимущество это дает растительному организму.