Где происходит оплодотворение у растений
Лекция № 15. Половое размножение у покрытосеменных растений
Органом полового размножения покрытосеменных растений является цветок. Цветок — видоизмененный, укороченный, неразветвленный побег, предназначенный для образования спор и гамет и полового процесса, завершающегося образованием семян и плода.
Строение цветка
У цветка различают цветоножку, цветоложе, околоцветник, тычинки и пестики. У некоторых цветков отдельные части могут отсутствовать.
Цветки большинства видов растений имеют и тычинки, и пестики. Такие цветки называют обоеполыми (вишня, горох). Цветки, которые имеют только пестики, называют пестичными (женскими). Цветки, которые имеют только тычинки, называют тычиночными (мужскими). В зависимости от распределения однополых цветков на растениях различают: однодомные растения — растения, у которых на одних и тех же экземплярах располагаются и женские, и мужские цветки (огурец, кукуруза, дуб); двудомные растения — растения, у которых на одних экземплярах располагаются женские, а на других — мужские цветки (крапива двудомная, конопля, облепиха); многодомные растения — растения, у которых на одних и тех же экземплярах встречаются как обоеполые, так и однополые цветки в различных количественных соотношениях (гречиха, некоторые виды ясеня, клена).
Цветоножка — междоузлие под цветком. Цветки, лишенные цветоножки, называются сидячими (цветки в соцветии корзинка у подсолнечника, астры, одуванчика).
Цветоложе — укороченная стеблевая часть цветка. На ней располагаются все остальные части цветка.
Околоцветник — стерильная часть цветка, его покров. Околоцветник может быть простым (не дифференцированным на чашечку и венчик, образованным совокупностью однородных листочков, имеющих одинаковые размеры и окраску) и двойным (дифференцированным на чашечку и венчик, отличающиеся друг от друга размерами и окраской. Простой околоцветник может быть венчиковидным (образованным ярко окрашенными листочками) или чашечковидным (образованным зелеными листочками). Цветки, лишенные околоцветника (ива, тополь), называются голыми.
Чашечка — наружная часть двойного околоцветника, представляет собой совокупность чашелистиков — видоизмененных прицветных листьев. Обычно чашелистики имеют небольшие размеры и зеленую окраску. Они сходны с обычными листьями, но устроены проще.
Различают: раздельнолистную чашечку — чашечку, образованную свободными (несросшимися) чашелистиками (капуста, лютик); сростнолистную чашечку — чашечку, образованную частично или полностью сросшимися чашелистиками (картофель, табак, горох).
Венчик — внутренняя, обычно окрашенная часть двойного околоцветника. Представляет собой совокупность лепестков, часто имеющих яркую окраску. Количество лепестков венчика может быть различным. Лепестки могут быть более или менее одинаковыми (лютик,яблоня) либо отличаться размерами и формой (фиалка, горох). В результате венчик может быть правильным, неправильным или асимметричным. Венчик, как и чашечка, может быть раздельнолепестным и сростнолепестным. Раздельнолепестной венчик состоит из свободных, несросшихся лепестков. Сростнолепестной венчик состоит из сросшихся в той или иной степени лепестков. Главная функция венчика — привлечение опылителей.
Андроцей
Андроцей — совокупность тычинок одного цветка. Количество тычинок в цветке — от одной (орхидные) до нескольких сотен (некоторые кактусы). У большинства растений тычинка состоит из тычиночной нити и пыльника. Тычиночная нить — нижняя, как правило, суженная стерильная часть тычинки. Нижний конец тычиночной нити отходит от цветоложа, а верхний конец несет пыльник. Обычно тычиночные нити тонкие, длинные, округлые в сечении. Пыльник — верхняя расширенная фертильная часть тычинки. Пыльник состоит из двух половинок, соединенных связником. Каждая половинка имеет два пыльцевых гнезда (микроспорангия), в которых происходит образование микроспор, а впоследствии пылинок. Связник является продолжением тычиночной нити, через него в пыльник поступают питательные вещества.
Микроспорогенез
Микроспорогенез — процесс образования микроспор в микроспорангиях (гнездах пыльника). Микроспоры формируются из материнских клеток — микроспороцитов, имеющих диплоидный набор хромосом. В результате мейоза каждая материнская клетка образует четыре гаплоидных микроспоры. Микроспоры быстро обособляются друг от друга.
Микрогаметогенез
Микрогаметогенез — процесс образования мужских половых клеток (спермиев), происходит в пыльцевом зерне, которое является мужским гаметофитом покрытосеменных растений. Развитие мужского гаметофита происходит также в гнездах пыльников тычинок и сводится к одному митотическому делению микроспоры и формированию оболочек пыльцевого зерна. Оболочка пыльцевого зерна состоит из двух слоев: интины (внутренней, тонкой) и экзины (наружной, толстой). Каждое пыльцевое зерно содержит две гаплоидные клетки: вегетативную и генеративную. Из генеративной (спермагенной) далее образуются два спермия. Из вегетативной (сифоногенной) впоследствии образуется пыльцевая трубка.
Гинецей
Гинецей — совокупность пестиков одного цветка. Обычно в пестике выделяют три части: завязь, столбик и рыльце.
Завязь — замкнутая, нижняя, полая часть пестика, несущая и защищающая семязачатки. Завязь бывает: верхняя, нижняя, полунижняя. В завязи может располагаться от одного (пшеница, вишня) до нескольких тысяч (мак) семязачатков. Стенки завязи выполняют функцию защиты семязачатков от неблагоприятных факторов среды (высыхание, колебание температур, поедание насекомыми и т.д.). Внутри завязи (в семязачатках) происходит мегаспорогенез и мегагаметогенез, они принимают участие в образовании околоплодника.
Столбик — средняя более или менее удлиненная стерильная часть пестика, отходящая обычно от верхушки завязи, соединяет завязь и рыльце.
Рыльце — верхняя расширенная часть пестика, предназначено для восприятия пыльцы. Рыльце может быть разнообразной формы (двухлопастное, звездчатое, перистое и т.д.) и размера в зависимости от особенностей опыления. При отсутствии столбика рыльце называют сидячим.
Семязачаток состоит из нуцеллуса (ядра) — центральной части, являющейся мегаспорангием, двух покровов — интегументов, которые при смыкании образуют узкий канал — микропиле, или пыльцевход, через который пыльцевая трубка проникает к зародышевому мешку. С помощью семяножки семязачаток прикрепляется к плаценте. Место прикрепления семязачатка к семяножке называют рубчиком. Противоположную микропиле часть семязачатка, где сливаются нуцеллус и интегументы, называют халазой.
В семязачатке происходят мегаспорогенез, мегагаметогенез и процесс оплодотворения. После оплодотворения (реже без него) из семязачатка формируется семя.
Мегаспорогенез
Процесс формирования мегаспор называется мегаспорогенезом. Он происходит в нуцеллусе семязачатка. После заложения семязачатка и формирования нуцеллуса в области микропиле начинает разрастаться одна археспориальная (спорогенная) клетка — мегаспороцит, или материнская клетка мегаспор.
Материнская клетка мегаспор имеет диплоидный набор хромосом. У большинства покрытосеменных из нее путем мейоза образуются четыре гаплоидные мегаспоры. Из них лишь одна (обычно нижняя, обращенная к халазе, реже верхняя, обращенная к микропиле) дает начало женскому гаметофиту — зародышевому мешку. Остальные мегаспоры отмирают.
Мегагаметогенез
Процесс формирования женских половых клеток происходит в зародышевом мешке. Формирование женского гаметофита начинается с разрастания мегаспоры, которая далее три раза делится митозом. В результате этого образуются восемь клеток, которые располагаются следующим образом: три — на одном полюсе зародышевого мешка (микропилярном), три — на другом (хадазальном), две — в центре. Две оставшиеся сливаются в центре клетки, образуя диплоидную центральную клетку зародышевого мешка. Одна из трех клеток, расположенных на микропилярном полюсе, отличается большими размерами и является яйцеклеткой. Две рядом расположенные клетки являются вспомогательными и называются синергидами. Группа из трех клеток, находящихся на противоположном, халазальном полюсе, называется антиподом. Таким образом, сформированный женский гаметофит включает шесть гаплоидных клеток (яйцеклетка, две клетки-синергиды, три клетки-антипода) и одну диплоидную клетку.
Оплодотворение. Образование семян и плодов
Купить проверочные работы
и тесты по биологии
Процессу оплодотворения предшествует опыление — перенос пыльцы от пыльцевых мешков тычинок к рыльцам пестиков. Попав на рыльце пестика, под воздействием веществ, выделяемых пестиком, пыльца начинает прорастать: образуется пыльцевая трубка, внедряющаяся в ткань рыльца. Кончик пыльцевой трубки выделяет вещества, размягчающие ткань рыльца и столбика. В процессе формирования пыльцевой трубки принимает участие сифоногенная клетка. По мере роста пыльцевой трубки в нее переходит спермагенная клетка, которая делится митозом с образованием двух спермиев (у некоторых растений спермагенная клетка дает начало двум спермиям еще до прорастания пыльцы). Пыльцевая трубка продвигается по столбику пестика и врастает в зародышевый мешок, как правило, через микропиле. После проникновения в зародышевый мешок кончик пыльцевой трубки разрывается, и спермии попадают внутрь. Один из спермиев сливается с яйцеклеткой, образуя диплоидную зиготу. Второй спермий сливается с центральной клеткой зародышевого мешка, образуя триплоидную клетку, из которой далее формируется эндосперм (питательная ткань) семени, обеспечивающий питание зародыша. Синергиды и антиподы дегенерируют. Вышеописанный процесс получил название двойного оплодотворения. Двойное оплодотворение у цветковых растений было открыто в 1898 году русским ботаником С.Г. Навашиным.
После двойного оплодотворения из яйцеклетки формируется зародыш семени, из центрального ядра зародышевого мешка — эндосперм, из интегументов — семенная кожура, из всего семязачатка — семя, а из стенок завязи — околоплодник. В целом из завязи пестика формируется плод с семенами.
Перейти к лекции №14 «Размножение организмов»
Перейти к лекции №16 «Онтогенез многоклеточных животных, размножающихся половым способом»
Смотреть оглавление (лекции №1-25)
Оплодотворение у растений
Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона. — С.-Пб.: Брокгауз-Ефрон . 1890—1907 .
Смотреть что такое “Оплодотворение у растений” в других словарях:
Оплодотворение — сингамия, у растений, животных и человека слияние мужской и женской половых клеток гамет (См. Гаметы), в результате чего образуется Зигота, способная развиваться в новый организм. О. лежит в основе полового размножения и обеспечивает… … Большая советская энциклопедия
ОПЛОДОТВОРЕНИЕ — ОПЛОДОТВОРЕНИЕ, ключевой процесс полового РАЗМНОЖЕНИЯ, когда в результате слияния мужской и женской ГАМЕТ (половых клеток) образуется ЗИГОТА. Зигота содержит в себе генетическую информацию (ХРОМОСОМЫ) обоих родителей (см. НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ). У… … Научно-технический энциклопедический словарь
ОПЛОДОТВОРЕНИЕ — сингамия, слияние мужской половой клетки (сперматозоид, спермий) с женской (яйцо, яйцеклетка), приводящее к образованию зиготы, края даёт начало новому организму. Уживотных О. предшествует осеменение. В процессе О. осуществляются активация яйца,… … Биологический энциклопедический словарь
Оплодотворение — Процессы, связанные с оплодотворением у саговниковых, настолько необычны, что их выявление, особенно открытие у них в конце прошлого века сперматозоидов, произвело среди специалистов настоящую сенсацию. Процессы эти проходят в следующей… … Биологическая энциклопедия
ОПЛОДОТВОРЕНИЕ — ОПЛОДОТВОРЕНИЕ, соединение яйца со сперматозоидом, характеризует половое размножение, которое представляет собой один из самых распространенных способов размножения в природе. Уже явления, конъюгации (см.) у простейших и происходящий при этом… … Большая медицинская энциклопедия
Оплодотворение — О. в широком смысле слова называется слияниеклеточек, животных или растительных, после которого они получают иливосстанавливают способность нормально размножаться делением. В этомсмысле слова под О. понимаются как процессы типического О.,… … Энциклопедия Брокгауза и Ефрона
ОПЛОДОТВОРЕНИЕ — ОПЛОДОТВОРЕНИЕ, слияние мужской (сперматозоид) и женской (яйцо, яйцеклетка) половых клеток у растений, животных и человека, в результате чего образуется зигота, способная развиваться в новый организм. Оплодотворение лежит в основе полового… … Современная энциклопедия
ОПЛОДОТВОРЕНИЕ — (сингамия) слияние мужских и женских половых клеток (гамет) у растений, животных и человека, в результате чего образуется зигота, способная развиваться в новый организм. Оплодотворение лежит в основе полового размножения и обеспечивает передачу… … Большой Энциклопедический словарь
ОПЛОДОТВОРЕНИЕ — ОПЛОДОТВОРЕНИЕ, оплодотворения, мн. нет, ср. (книжн.). 1. Действие по гл. оплодотворить оплодотворять. 2. У животных и растений образование, возникновение плода вследствие слияния мужской и женской половых клеток. Размножение путем оплодотворения … Толковый словарь Ушакова
Оплодотворение — ОПЛОДОТВОРЕНИЕ, слияние мужской (сперматозоид) и женской (яйцо, яйцеклетка) половых клеток у растений, животных и человека, в результате чего образуется зигота, способная развиваться в новый организм. Оплодотворение лежит в основе полового… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
Оплодотворение растений
Не всякая пыльца, попавшая на рыльце пестика, прорастает и достигает завязи, то есть опыление далеко не всегда сопровождается оплодотворением. Чтобы оно произошло, необходимы соответствующие условия. Одним из этих условий является зрелость рыльца. В этом случае сосочки рыльца выделяют сладкий сок, который способствует не только прилипанию пыльцы, но и является той средой, на которой прорастает пыльца. Если концентрация сока, выделяемого рыльцем, приблизительно равна концентрации содержимого пыльцевого зерна (изотонические растворы), то прорастание идет нормально. Если концентрация сока на рыльце будет выше (гипертонический раствор), то возможен плазмолиз внутри пыльцевого зерна или, если и будет рост, то очень медленный. И, наконец, если концентрация сока на рыльце будет ниже, чем концентрация содержимого пыльцевого зерна, то последнее, имея высокий тургор, еще больше повысит его и лопнет.
На свойства семян большое влияние оказывает возраст пыльцы и пестика, количество пыльцы, попадающей на рыльце пестика, и ряд других условий. Все эти факторы пока мало учитывают в практике семеноводства и селекции, но они оказывают определенное влияние на потомство. Например, стареющие цветки пшеницы дают семена с преобладанием отцовских признаков, а у гороха, наоборот, из первых цветков развиваются семена с отцовскими признаками, а из всех последующих – семена, все больше наследующие материнские свойства.
Оплодотворение наиболее благоприятно протекает у молодых завязей при наличии большого количества пыльцы.
Установлено также, что как чрезмерная сухость воздуха, так и дождь вызывают полную гибель пыльцы, и поэтому суховей и затяжной дождь в период цветения снижают урожай. Высокие и низкие температуры также не благоприятствуют оплодотворению. Нормальное оплодотворение протекает только при условии правильного питания материнского растения и его нормального развития.
Например, по данным Рида, цинк оказывает большое влияние на оплодотворение и образование семян у гороха, фасоли, сорго и других культур. При выращивании на питательном растворе без цинка семена не завязываются, при концентрации цинка 0,00002 г на 1 л развиваются маленькие бобы, но без семян, а при концентрации 0,0001 г на 1 л образуются и семена.
Успешное оплодотворение возможно только в том случае, если растение находится в здоровом состоянии, так как всякая болезнь снижает завязывание семян.
Для нормального оплодотворения необходимо такое количество пыльцы, которое с избытком превышало бы потребность семяпочки. Опытами И. Н. Голубинского показано, что на искусственной среде прорастание и рост пыльцевых трубок усиливаются при повышенной густоте посева пыльцы. Аналогичное явление происходит и на рыльце пестика: чем больше пыльцы, тем лучше условия для прорастания пыльцевых трубок.
Попадающая на рыльце пыльца разнокачественна не только генетически, но и физиологически. Это обусловливает разную реакцию материнского растения и ведет в одном случае к образованию семени с высокой жизненностью, а в другом – со слабой, которая может вызвать гибель семени еще в фазе эмбрионального развития, что часто и наблюдается у гречихи.
Физиологическая несовместимость пыльцы и рылец связана с другим явлением – избирательностью оплодотворения. Как правило, пыльца чужого сорта лучше избирается при оплодотворении, чем пыльца своего сорта и, тем более своего растения. Поэтому чужая пыльца, даже если по количеству она во много раз уступает пыльце своего сорта, обладает весьма значительным оплодотворяющим эффектом, что и отмечено во многих работах по гибридизации.
О влиянии пыльцы некоторых сортов гречихи на урожайность материнского растения говорят следующие данные (табл. 1).
Урожайность гречихи сорта Богатырь при опылении ее пыльцой разных сортов
Разница в урожае при опылении пыльцой разных сортов в полевом опыте достигала 5,2 ц с 1 га. Следовательно, правильный подбор сортов-опылителей культур-перекрестников обещает значительное повышение урожайности.
Удачно подобранный опылитель способствует получению высококачественного зерна (повышаются крупность зерна, жизненность, сила роста и улучшаются другие показатели). Эти факты нужно учитывать при организации семеноводства.
В процессах оплодотворения в полной мере проявляется избирательность. Селекционная практика установила, что при опылении недостаточным количеством пыльцы снижается оплодотворяемость и ухудшается качество семян. И более того, установлено, что при опылении пшеницы, хлопчатника, тыквы и других растений ограниченным количеством пыльцы образуются новые биотипы растений. Эти факторы требуют детального анализа, ибо в условиях, неблагоприятных для опыления, подобные явления могут быть и в семеноводческих посевах.
Изучение опыления в естественных условиях показало, что на рыльце всегда попадает смесь разной пыльцы – своего сорта, вида, чужих видов, и семейств. При этом некоторые сочетания видов пыльцы благоприятствуют оплодотворению, а некоторые могут ослабить потомство или даже сделают невозможным сам акт оплодотворения. Эти факты также заслуживают внимания в семеноводческой практике.
Из большого числа пыльцевых трубок, которые прорастают на рыльце, взаимодействуя между собой, тканями рыльца и столбика, в зародышевый мешок может войти только несколько, а чаще – одна. В зародышевом мешке цветков свеклы, гречихи и других растений было обнаружено по 2 пыльцевых трубки, а у подсолнечника даже более шести. Однако и в этих случаях непосредственно в оплодотворении участвовала только одна пыльцевая трубка, а овальные принимали косвенное участие – содержимое пыльцевых трубок стимулировало физиологическую активность полового процесса. В последнее время все чаще появляются сведения о «двухотцовости» в процессе оплодотворения, что говорит о возможности активного включения в половой процесс не одной пыльцевой трубки, а двух.
Пыльцевые зерна, попадая на рыльце пестика, прорастают. При этом через отверстие в экзине пыльцевого зерна выпячивается внутренняя оболочка – интина, которая, растягиваясь, образует оболочку пыльцевой трубки. В эту трубку переходит все содержимое пыльцевого зерна: вегетативное ядро, оба спермия (а иногда генеративная клетка, если процесс деления не прошел) и цитоплазма. В последней имеются запасные питательные вещества, которые служат источником энергии для растущей пыльцевой трубки. Кроме того, питательные вещества поступают из материнских тканей. Благодаря активным ферментативным процессам, происходящим в пыльцевой трубке, последняя растет очень энергично и в ней поддерживается сильный тургор.
Сам процесс роста и продвижения пыльцевой трубки по тканям столбика протекает по-разному: у одних растений трубка раздвигает клетки рыльца, а затем столбика, а у других она движется по специальному каналу, который тянется от рыльца до самой завязи. В конечном итоге пыльцевая трубка попадает в полость завязи, продолжает расти по направлению к пыльцевходу (микропиле) семяпочки и достигает верхушки зародышевого мешка (порогамия), хотя у некоторых растений возможно проникновение трубки и со стороны халазы.
При соприкосновении пыльцевой трубки с верхушкой зародышевого мешка и под ее давлением одна из синергид лопается, и ее содержимое изливается в зародышевый мешок. При этом давление в зародышевом мешке падает, кончик пыльцевой трубки, который был под значительным внутренним давлением, также лопается, и содержимое трубки выливается внутрь зародышевого мешка на место лопнувшей синергиды. В дальнейшем цитоплазма и вегетативное ядро разрушаются и всасываются окружающими клетками зародышевого мешка, оказывая влияние на биохимизм дальнейшего процесса. Поэтому указанные части пыльцевого зерна, хотя они, видимо, и не участвуют в дальнейшем процессе оплодотворения, иногда оказывают значительное влияние на дальнейшее потомство. Освобождающиеся спермии принимают участие в дальнейшем процессе оплодотворения: один из них внедряется внутрь яйцеклетки и сливается с ее ядром (рис. 1), а второй сливается с ядром центральной клетки зародышевого мешка, происходит так называемое двойное оплодотворение, свойственное всем покрытосемянным растениям. Открытие двойного оплодотворения сделано в 1898–1900 гг. С. Г. Навашиным.
После слияния двух гаплоидных гамет начинается развитие зародыша, то есть нового организма, следующего поколения. С этого момента начинается образование семени, и дальнейшее его развитие является предметом изучения семеноведения. Из оплодотворенной яйцеклетки развивается собственно зародыш, а из оплодотворенной центральной клетки зародышевого мешка – особая ткань, так называемый вторичный эндосперм, который присущ только покрытосемянным растениям. Он образуется в результате слияния трех ядер – двух женских и одного мужского, и потому ядро получается триплоидным.
Рис. 1. Двойное оплодотворение (продольный разрез зародышевого мешка кукурузы): А – в зародышевый мешок проникла пыльцевая трубка; Б – двойное оплодотворение; В – начало развития зародыша и эндосперма: 1 – яйцеклетка; 2 – синергида; 3 – полярные ядра; 4 – антиподы; 5 – микропиле; 6 – генеративные ядра (спермии); 7 – ядро пыльцевой трубки; 8 – пыльцевая трубка; 9 – клетки эндосперма
Вторичным эндосперм называется потому, что он возникает после оплодотворения в отличие от голосемянных, где эндосперм развивается из особой ткани без оплодотворения и называется там первичным.
Многие исследователи показали, что чужая пыльца (пыльца других видов), попадая на рыльце, часто оказывает существенное влияние на потомство. В этих случаях пыльцевая трубка также растет, но не сливается с яйцеклеткой, а содержимое ее изливается внутрь зародышевого мешка. Если содержимое чужеродной пыльцевой трубки очень далеко по своему химическому составу от содержимого пыльцевой трубки данного вида, то может возникнуть физиологическая несовместимость, которая вызовет омертвение зародышевого мешка, чаще же такая трубка не может развиваться на рыльце и погибает сама. Если же в содержимом чужой трубки нет вредных веществ, то они включаются в общий обмен веществ внутри семяпочки и оказывают значительное влияние на формирование наследственных свойств семян.
В процессе оплодотворения можно выделить три фазы:
1) прогамную, которая начинается с момента взаимодействия пыльцы, тканей рыльца и продолжается в тканях столбика и завязи до подхода пыльцевых трубок к семяпочкам;
2) гамогенеза – период взаимодействия пыльцевых трубок с тканями семяпочки (включая и двойное оплодотворение);
3) постгамную – период развития зародыша и всего семени, в котором еще продолжается взаимодействие с имеющимися в завязи пыльцевыми трубками и их содержимым.
Четкое представление о процессах, происходящих в каждой из названных фаз оплодотворения, позволяет глубже понимать процесс формирования биологических свойств развивающегося семени.
Источники:
http://licey.net/free/6-biologiya/21-lekcii_po_obschei_biologii/stages/269-lekciya__15_polovoe_razmnozhenie_u_pokrytosemennyh_rastenii.html
http://dic.academic.ru/dic.nsf/brokgauz_efron/137032/%D0%9E%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D0%B4%D0%BE%D1%82%D0%B2%D0%BE%D1%80%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5
http://www.agrodialog.com.ua/oplodotvorenie-rastenij.html
