Содержание
Виды размножения растений. Вегетативное размножение
На далекой планете, родине Маленького принца, росла только одна роза. Она никак не собиралась размножаться, гордилась своей исключительностью и для Принца была величайшей ценностью. Но когда он попал в земной сад, то увидел там пять тысяч точно таких же роз, которые были самыми обычными, хоть и прекрасными, цветами. Способность растений к размножению — залог того, что Земля еще миллионы лет будет покрыта зеленым ковром.
Что же такое размножение растений? Основное определение не отличается о того, какое мы дали бы размножению любых живых организмов — это некие процессы, приводящие к увеличению количества особей в рамках конкретных видов. В целом размножение растений делится на два основных типа: генеративное и вегетативное, в зависимости от различия способов репродукции.
Генеративное размножение
Генеративное размножение (от лат. generatio — рождение, способность к размножению) делится на половое, осуществляющееся с помощью гамет, и бесполое (или же споровое) —при помощи спор.
Половое размножение происходит вследствие слияния мужской гаметы с женской. У покрытосеменных растений органом, выполняющим функцию полового размножения, является цветок, точнее, его тычинки и пестик. Споровое размножение относят к генеративному размножению потому, что в конечном итоге споры растений все-таки превращаются в структуры, образующие половые клетки (гаметы). Так размножаются лишайники, грибы, водоросли, мхи, плауны, хвощи и др.
Вегетативное размножение
Вегетативное размножение бывает двух видов: естественным, происходящим в природе самостоятельно, и искусственным, выполняемым человеком. Примеры мы рассмотрим ниже. За этот вид размножения отвечают вегетативные органы. Латинское слово vegetatio имеет несколько толкований, в целом означая деятельность, развитие. Так что вегетативные органы — это те части растения, которые активно растут и осуществляют обмен различными веществами с окружающей средой (питание, фотосинтез и т.
д.): корень, стебель, лист — во всех модификациях. У водорослей вегетативным органом является таллом. С помощью вегетативного способа успешно размножаются топинамбур, ландыш, земляника, осока, тысячелистник, майник, разнообразные сорные растения.
Каково значение вегетативного размножения?
1. Увеличивается число особей данного вида на определенной территории. Молодые растения питаются на первом этапе от материнского растения.
2. Вегетативное размножение играет значимую роль при неблагоприятных условиях среды: например, если растение не может цвести и образовать семена, если оно растет в затененном труднодоступном месте или отсутствуют насекомые-опылители.
3. В случае, когда семена не могут прорасти через почвенный покров, опять-таки спасает вегетативное размножение с помощью подземных органов.
Хочешь сдать экзамен на отлично? Жми сюда — репетитор онлайн по биологии ЕГЭ
Размножение отводками это просто
Рано или поздно в процессе выращивания растений садоводу понадобится размножить полюбившуюся культуру на участке вегетативным путем. Это когда новое растение получается из другого (материнского).
Различают естественные (усами, порослью, делением куста) способы размножения и искусственные (отводками, прививкой, черенками).
В этой статье, будут подробно описаны способы размножения растений через отводки. При необходимости, одним из них, дачники смогут воспользоваться на своих участках. Такое размножение, позволит приумножить ценные сорта плодовых, ягодных, хвойных и декоративных культур с сохранением их полезных качеств.
В отличие от размножения черенками, – у отводок больше шансов на успешный результат. Черенки нужно где-то хранить, следить за их увлажнением и т. д. К тому же, не все растения поддаются размножению черенками. Среди таких культур можно назвать: рододендроны, магнолии, камелии, падуб и т. д. К размножению черенками чаще прибегают при промышленном производстве.
Размножением отводками называют процесс, когда побеги материнского растения отделяются только после образования на них придаточных корней. Одновременно укоренить у одного растения, при желании, можно сразу несколько побегов. Этот способ не нов. Он давно с успехом применяется в садоводстве. Чаще всего через отводки разводят ягодные кустарники. Для этого отбираются молодые побеги со здоровых растений. Если в качестве родителя выбирается больное или заселенное насекомыми растение, в результате потомство от него, получится таким же. Старые побеги также для размножения не подойдут, так как, укореняться они будут гораздо дольше.
Размножение отводками лучше всего проводить ранней весной, пока почки у растения не распустились. Однако можно эту процедуру проводить и в течение лета и даже осенью. В конце вегетативного сезона пригибают побеги у культур, которые плохо переносят зимовку. Различают 5 основных способов разведения через отводки: вертикальный, горизонтальный, дугообразный, воздушный и верхушечный. Далее опишем каждый способ подробно.
ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ ОТВОДКИ
Это самый частый способ размножения и менее травматичный для растений. Идеально подходит для вьющихся культур и растений с раскидистой кроной (можжевельник, виноград, гортензия, клематис, спирея и т. д.). Пригнув таким способом пару веток, можно на выходе получить десяток новых саженцев.
Рыхлим почву под веткой. Проделываем вдоль длины ветки канавку, глубиной 5 см. Оголяем ветку от листьев (если есть) и делаем несколько надрезов в стебле для лучшего укоренения. Укладываем ветку в канавку и пришпиливаем ее к земле с помощью металлических скобок или шпилек.
Затем побег прикапываем плодородным грунтом, оставляя на поверхности только верхушку. Посадку поливаем. Когда в местах укоренения, вырастут молодые побеги, их нужно окучить. Окучивание можно повторять. После хорошего укоренения, саженцы аккуратно отделяют от материнского растения и высаживают на новое место.
ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ОТВОДКИ
К этому способу прибегают, когда растение подмерзло или его требуется полностью омолодить. Для получения подвоев у яблонь и груш, и для массового размножения. Подходит для культур, которые хорошо переносят заглубление корневой шейки. Не подходит способ для укоренения хвойных культур.
При этом способе все ветки материнского растения обрезаются на высоту 5 см и присыпаются грунтом на 15 см. В процессе отрастания побегов, кусты несколько раз окучивают. В начале осени, получившиеся саженцы отделяются от материнских корней и рассаживаются. На зиму присыпанные кусты не оставляют.
ДУГООБРАЗНЫЕ ОТВОДКИ
Тут нужный побег пришпиливается к земле в одном месте, а его конец поднимется и фиксируется вертикально к колышку.
При этом, ветки приобретают дугообразную форму. Чаще всего так размножают: рододендроны, виноград, айву, смородину, крыжовник и т. д.
Сделайте в месте прикапывания на ветке неглубокий и обязательно ровный надрез для ускорения процесса укоренения. Корнеобразование будет эффективней, если надрез присыпать фитогормонами, ускоряющими укоренение (Корневин). Затем в этом месте холмиком насыпается грунт и производится полив.
Далее набираемся терпения и ждем, пока не получим нужный результат. Когда в месте закрепления побега к земле образуются корни, стебель со стороны родительского растения отсоединяется. Новоиспеченный саженец можно пересаживать.
ВЕРХУШЕЧНЫЕ ОТВОДКИ
Такой способ чаще выбирают для размножения малины и ежевики. На выбранных побегах весной прищипывается верхушка, когда они достигнут высоты 50 см. Так стимулируется выброс боковых побегов, которые понадобятся для будущего укоренения. В июле, замечаем место в земле, куда прикопаем верхушку.
Почву в этом месте, перекапываем, вносим удобрения, добавляем немного торфа и песка для рыхлости. Прикапываем верхушку на глубину 10 см и закрепляем той же скобой, для удержания в земле. Слегка утрамбовываем почву и поливаем посадку. Примерно через 3 недели из земли покажутся молодые отводки. В сентябре деток можно будет отправить на самостоятельное развитие.
ВОЗДУШНЫЕ ОТВОДКИ
Некоторые агрономы называют этот способ китайским, поскольку изобрели его в Китае. Таким способом, например, выращивают бонсаи (карликовые деревья с кустистой кроной). Также воздушными отводками можно размножать культуры с не гнущимися побегами. Впрочем, такой способ подойдет для всех растений, включая комнатные культуры.
Для этого на стебле растения отмеряют от верхушки несколько междоузлий и снимают в этом месте слой коры вместе с зеленым камбием, по кругу высотой 1 см. Места срезов обрабатываем стимулятором образования корней. Теперь нужно этот участок обложить грунтом. Можно использовать в его качестве мох сфагнум, который хорошо удерживает влагу.
В качестве внешней укрывной оболочки удобно использовать разрезанный пополам пластиковый стаканчик. Половинки наполняем грунтом и соединяем на ветке. С помощью изоленты стаканчик уверенно закрепляется. Останется лишь следить за увлажнением в нем грунта и периодически поливать. После корнеобразования саженец отделяют и пересаживают.
Как вы могли убедиться, все описанные выше способы просты и легко применимы. Учитывая большой шанс на успех этого мероприятия, можно смело приступать к практике и приумножать свои любимые культуры. Всем удачи.
Пристальный взгляд на воспроизводство растений · Границы для молодых умов
Abstract
Все мы знаем, что большую часть пищи мы едим из семян, посаженных на полях или в садах, но задумывались ли вы когда-нибудь о том, откуда берутся сами семена? Вы когда-нибудь любовались внутренней частью красивого цветка? Хотите верьте, хотите нет, но эти два вопроса связаны! Продолжайте читать, чтобы узнать о различных способах размножения растений и о том, как ученые изучают размножение растений.
Вы также узнаете о преимуществах различных методов размножения растений и о том, почему способ размножения растений важен для нас, людей.
Важно знать о воспроизводстве растений!
Всем известно, что цветущие растения обычно вырастают из семян, но задумывались ли вы когда-нибудь, откуда берутся семена? Семена образуются, когда пыльца (из мужской части цветка) достигает семязачатка (из женской части цветка). Это кажется достаточно простым, но на самом деле есть несколько разных способов размножения растений! В этой статье вы узнаете о некоторых методах размножения растений, а также о некоторых преимуществах и недостатках этих различных способов размножения.
Существует множество причин, по которым ученым важно изучать репродукцию растений. Например, растения очень важны для продуктов, которые едите вы, ваша семья, ваши друзья, ваши учителя и даже ваши домашние животные. Мы можем есть растения напрямую, например, фрукты и овощи.
Нам нужны растения и для других наших продуктов, например, трава, которую едят коровы, чтобы дать нам молоко, сыр и йогурт. Узнавая о растениях, которые нам нужны для еды, ученые могут выяснить, как мы можем выращивать больше этих растений, как выращивать их более эффективно и как использовать меньше ценных ресурсов, таких как земля и вода, при выращивании этих растений. еда. Помимо еды, можете ли вы назвать другие способы использования растений?
Селферы и ауткроссеры: чем отличаются эти два типа растений?
Самоопыляющиеся растения, известные как selfers , производят пыльцу, которая может оплодотворять их собственные семязачатки (рис. 1А). Если цветок имеет как женские, так и мужские части, его называют гермафродитным . Иногда встречаются отдельные женские и мужские цветки, но они находятся на одном растении. Эти растения называются однодомными (что означает «один дом»). Однодомные растения являются примерами селферов, потому что им не нужны два отдельных растения для размножения.
Сколько селферов, изображенных на рисунке 2, вы знаете?
- Рисунок 1 – Анатомия цветков, использующих различные способы размножения растений.
- (A) Самовлюбленный гермафродит. Пыльца может оплодотворять семязачатки, находящиеся внутри одного цветка. (B) Ауткроссинг двудомных растений, при котором одно растение имеет только женские цветки, а другое — только мужские цветки. Пыльца мужского растения должна попасть в семязачатки внутри цветка женского растения, чтобы оплодотворить их.
- Рисунок 2. Сколько из этих примеров растений с гермафродитными цветками и отдельными мужскими и женскими цветками вы знаете?
- Самоцветы-гермафродиты включают помидоры, баклажаны и стручковую фасоль. Ауткроссеры-гермафродиты включают грецкие орехи, яблоки и картофель. К селферам с отдельными цветками (однодомным) относятся тыквы, бананы и кукуруза. К ауткроссерам с отдельными цветками (двудомными) относятся падуб, спаржа и киви.
растения для перекрестного опыления, известные как ауткроссерам для размножения нужны два отдельных растения. Иногда цветок может иметь и пыльцу, и семязачатки, но они не могут оплодотворять друг друга; это называется самонесовместимостью. Для успешного размножения ауткроссеров пыльца и семязачатки должны быть от разных растений. В других случаях два пола полностью разделены: некоторые растения дают только мужские цветки, а другие растения — только женские. Это похоже на то, как размножение работает у большинства животных. Ученые называют эти растения двудомный (что означает «два дома») (рис. 1В). Пыльца мужских растений должна попасть в семязачатки женских растений, чтобы произвести семена. Только около 5% известных видов растений двудомны, но это не значит, что они не распространены! [1]. Сколько ауткроссеров, изображенных на рисунке 2, вы знаете?
Как ученые изучают двудомные растения?
До сих пор остается много загадок о том, как и почему некоторые виды ауткроссеров являются раздельнополыми.
Ученые решили изучить ДНК разных видов двудомных растений, чтобы попытаться понять, что делает их мужскими или женскими. Из ДНК можно узнать многое, что может быть не так очевидно, если просто посмотреть на растение или вырастить его. Последовательность ДНК очень похожа на буквы на клавиатуре: буквы сами по себе ничего не значат, но если их сложить вместе, они могут образовать слова. Эти «слова» в ДНК называются генами, и они сообщают растениям информацию, например, о том, какой формы будут их листья, будут ли у них шипы или нет, будут ли они мужскими или женскими.
Ученые сравнили гены нескольких раздельнополых растений, чтобы выяснить, какие гены играют важную роль в определении того, является ли растение мужским или женским. Они обнаружили, что растение может определять пол несколькими способами. Например, в ДНК могут быть гены, делающие растения мужскими, или гены, препятствующие их превращению в женские [1].
Изучение ДНК растений — не единственный способ, с помощью которого ученые могут узнать о различиях между мужскими и женскими растениями.
Например, они могут изучать различия в форме мужских и женских цветков. Ты тоже можешь это сделать!
Преимущества и недостатки методов размножения
В отличие от людей, растения не могут передвигаться. Это означает, что растениям необходимо использовать другие стратегии для перемещения пыльцы в семязачатки для образования семян. Для ауткроссеров мужским растениям не нужно тратить свою энергию на создание семян, поэтому они могут тратить больше энергии на производство и распространение высококачественной пыльцы. Точно так же, поскольку женским растениям не нужно производить пыльцу, они могут тратить больше энергии на создание высококачественных семязачатков. Это означает, что они могут передать больше ресурсов своему потомству, чтобы повысить свои шансы на выживание. Кроме того, поскольку двудомным растениям для размножения нужны два разных растения, потомство будет иметь большее разнообразие генов, которые они получат от родителей. Это особенно важно, если среда меняется, потому что потомство с большим разнообразием генов с большей вероятностью будет иметь гены, которые помогут им адаптироваться к новой среде.
С другой стороны, селферы, чьи потомки имеют гены только от одного родителя, будут иметь меньшее разнообразие генов и могут иметь больше проблем с адаптацией к изменениям окружающей среды. Это довольно большое преимущество для ауткроссеров! Ранее вы узнали, что только 5% видов растений размножаются таким образом — это немного. Можете ли вы назвать какие-либо причины, по которым ауткроссинг может быть не лучшей стратегией размножения растения?
У ученых есть пара идей, почему ауткроссеры могут быть не так распространены, как селферы. Во-первых, поскольку мужчинам и женщинам, занимающимся ауткроссингом, для выживания нужна одинаковая среда и ресурсы, им придется конкурировать друг с другом, если они будут слишком близко друг к другу. Тридцать один процент двудомных растений избегают конкуренции, полагаясь на ветер, переносящий пыльцу на женские растения. Это намного выше, чем 6% селферов, использующих опыление ветром (рис. 3А) [1]. Хотя растения больше не конкурируют за ресурсы, когда они используют ветер для опыления, самцы должны производить гораздо больше пыльцы, чтобы увеличить шансы того, что их пыльца достигнет отдаленных женских семязачатков.
Вы можете думать об этом как о броске баскетбольных мячей в кольцо (рис. 3В). Быть селфером очень похоже на стрельбу по баскетбольным мячам прямо из-под баскетбольного кольца. Быть раздельнополым растением — это все равно, что бросать баскетбольные мячи в кольцо с половины корта: вам нужно гораздо больше мячей, чтобы увеличить ваши шансы попасть в кольцо.
- Рисунок 3. Многие двудомные растения используют ветер для опыления.
- (A) Только 6% самоцветных, но 31% двудомных растений используют для опыления ветер. (B) При опылении ветром расходуется гораздо больше пыльцы! Как и при стрельбе по баскетбольным мячам, чем дальше вы находитесь от кольца (женской яйцеклетки), тем больше «выстрелов» (пыльцевых зерен) вам нужно будет сделать, чтобы увеличить ваши шансы попасть в «кольцо».
Вторая причина, по которой ауткроссеры могут быть не так распространены, как селферы, заключается в том, что ни самцы, ни самки не могут производить потомство друг без друга.
Если все самцы или все самки умрут, то виды растений вымрут. Селферам не нужно беспокоиться об этом, потому что они не зависят от других растений, которые производят больше семян.
Как эта информация помогает фермерам?
Фермеры очень важны для нас, потому что они выращивают пищу, необходимую нам для выживания. Ученые могут делиться своими знаниями о растениях с фермерами, чтобы они могли выращивать больше продуктов питания или делать это более эффективно. Допустим, вы фермер и хотите выращивать лозы киви, которые, как вы теперь знаете, двудомные. Как фермер, вам нужно выращивать мужские деревья киви, которые не производят киви, но необходимы для производства пыльцы для женских деревьев киви. Вы можете спросить ученых, какое наименьшее количество мужских лоз киви потребуется для опыления женских лоз, чтобы не тратить дополнительные ресурсы, такие как земля и вода, на выращивание ненужных мужских лоз. Кроме того, как фермер, выращивающий киви, вы знаете, что вам нужно выращивать свои лозы в течение нескольких лет, прежде чем они начнут плодоносить.
Когда лоза киви молодая, трудно сказать, самец это или самка. Вы можете попросить ученых изучить ДНК ваших молодых побегов киви, чтобы определить, какие из них мужские. Вы можете использовать эту информацию, чтобы убедиться, что на вашей ферме разбросаны мужские растения и что мужских лоз не слишком много.
Заключение
Теперь, когда вы узнали больше о том, как работает воспроизводство растений, вы можете посмотреть на растения по-другому. В следующий раз, когда вы увидите цветок, возможно, вам захочется рассмотреть его поближе. Можете ли вы сказать, есть ли у него мужские или женские части, или и то, и другое? В следующий раз, когда вы увидите растение, о котором мы упоминали в этой статье, возможно, вы расскажете о нем своей семье и друзьям. «Эй, а ты знал, что киви на моей тарелке — двудомное растение?!»
Глоссарий
Пыльца : ↑ Микроскопические зерна, растущие на мужской части цветков на концах пыльников (см. рис.
1), которые могут оплодотворять женскую часть цветков (см. «Семязачаток»).
Семяпочка : ↑ Женская часть цветка, которая может быть оплодотворена (см. «пыльца»).
Селфер : ↑ Растение, которое оплодотворяет свои семяпочки собственной пыльцой, поэтому оно может производить семена самостоятельно. К селферам относятся как однодомные, так и гермафродитные растения.
Гермафродит (her⋅maf⋅row⋅dit⋅ick) : ↑ Растение, имеющее как мужские, так и женские репродуктивные органы, которые (часто) находятся в одном цветке.
Однодомное (mah⋅nee⋅shuhs) : ↑ Растение, имеющее как мужские, так и женские репродуктивные органы, находящиеся в разных цветках.
Ауткроссер : ↑ Растение, семязачатки которого оплодотворены пыльцой другого растения того же вида. Иногда ауткроссеры имеют мужские и женские репродуктивные органы на одном и том же растении, но их все равно необходимо оплодотворить отдельным растением.
Двудомное (die⋅ee⋅shuhs) : ↑ Растение, имеющее только мужские или только женские цветки.
Конфликт интересов
Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.
Исходная статья
↑ Генри, И. М., Акаги, А., Тао, Р. и Комаи, Л. 2018. Сто способов изобретения полов: теоретические и наблюдаемые пути к двудомности у растений. год. Rev. Растение Биол . 69: 553–75. doi: 10.1146/annurev-arplant-042 817-040615
Каталожные номера
[1] ↑ Генри, И. М., Акаги, А., Тао, Р. и Комаи, Л. 2018. Сто способов изобретения полов: теоретические и наблюдаемые пути к двудомности у растений. год. Rev. Растение Биол . 69: 553–75. doi: 10.1146/annurev-arplant-042817-040615
Размножение растений — Учебник по биологии
Размножение растений — это производство потомства растений половым или бесполым путем.
Бесполое размножение дает генетический клон исходного растения, тогда как половое размножение происходит путем слияния гамет, производя потомство, генетически уникальное от родительского растения. Половое размножение рекомбинирует аллели от одного поколения к другому, увеличивая генетическое разнообразие популяции. Увеличение генетического разнообразия популяции за счет полового размножения позволяет популяции растений в целом адаптироваться к различным условиям окружающей среды, будь то биотические (то есть болезни) или абиотические (то есть локальные нарушения, такие как засуха, или более долгосрочные воздействия, такие как изменение климата). ). Однако для полового размножения требуется успешная передача гамет от одного растения к другому, что сложно, учитывая неподвижность растений. Чтобы свести к минимуму риски полового размножения, многие растения способны размножаться половым или бесполым путем. Бесполое размножение позволяет растениям размножаться без оплодотворения, что позволяет им ускорить локальную экспансию.
Основной риск бесполого размножения заключается в том, что новообразованные растения генетически идентичны (за исключением мутаций) родительским. Хотя это может быть преимуществом в краткосрочной перспективе, условия окружающей среды постоянно меняются, и виды с низким генетическим разнообразием из-за сильной зависимости от бесполого размножения могут погибнуть в большом количестве, если окружающая среда внезапно изменится или в популяцию проникнет новое заболевание.
Бесполое размножение
Бесполое размножение дает новые отдельные растения, генетически идентичные родительскому растению, если только в исходных клетках не произошли мутации. Бесполое размножение у растений может происходить по двум различным механизмам: вегетативное размножение и апомоксис. Вегетативное размножение является примером бесполого размножения, при котором вегетативная часть растения (то есть лист, стебель или корень) отделяется от родительского растения и образует отдельную особь.
Апомокс возникает, когда неоплодотворенные гаметы (пыльца или семязачатки) развиваются в генетически идентичные споры или семена.
Типы вегетативного размножения
Вегетативное размножение растений происходит с помощью различных механизмов. У многих растений есть видоизмененные стебли, которые специализируются на развитии новых отдельных растений, которые после укоренения способны жить вдали от родительского растения. Корневища представляют собой модифицированные стебли, которые уходят под землю и выходят из родительского растения, производя новую особь. Растения ириса обычно размножаются таким образом, образуя колонии (или куртины). Деревья осины (в пределах рода Populus) растут очень большими колониями, которые преимущественно размножаются корневищами, которые обычно перемещаются под землю на 30-40 м от родительского растения. Возраст одной колонии осин в штате Юта оценивается в 80 000 лет, и они считаются крупнейшими организмами в мире. Растения, размножающиеся корневищами, также устойчивы к огню.
Температура чуть ниже линии почвы сильно опосредована во время пожара, и эти растения обычно способны давать новые растения после пожара. Столоны — еще один пример модифицированных стеблей, способствующих вегетативному размножению. Вместо того, чтобы распространяться под землей, столоны (обычно известные как «бегуны») распространяются от родительского растения над землей. Наиболее распространенным примером этого является крабовая трава, используемая на газонах. Клубника также размножается столонами. Растения также могут вегетативно размножаться за счет своей корневой системы. Корни и стебли анатомически различны, поэтому корневище отличается от корня. У некоторых видов (например, у роз), когда корневая система достигает поверхности профиля почвы, появляются придаточные почки, образующие стебли и листья, а затем новое растение. Этот процесс известен как сосание. Некоторые виды, которые производят подземные луковицы (например, лук и тюльпаны), могут вегетативно размножаться, производя новые луковицы.
Луковицы представляют собой узкоспециализированные подземные структуры растений, состоящие из короткого стебля с подземными листьями. Как правило, луковица представляет собой механизм хранения, который позволяет растению находиться в состоянии покоя в течение зимнего сезона. С наступлением весны появляются подземные листья и начинается фотосинтез.
Типы апомиксиса
Апомиксис — это развитие неоплодотворенного зародыша в новое индивидуальное растение. Среди растений существует множество вариаций апомиксиса. Почти все растения, которые подвергаются апомиксису, являются факультативными (факультативный апомиксис), что означает, что апомиксис происходит только в гаметах, которые не были успешно оплодотворены. У некоторых видов несосудистых растений (т. гаплоидные клетки: яйцеклетка или сперма), но сохраняют то же число хромосом (уровень плоидности), что и родительское растение. Этот процесс апомиксиса известен как апогамия и дает генетически идентичные споры (одноклеточные зародыши).
Насколько нам известно, у голосеменных апомиксис полностью отсутствует. Однако существует несколько вариантов апомиксиса у покрытосеменных (цветковых растений). При гаметофном апомиксисе диплоидный зародыш развивается в семя (многоклеточная структура, включающая зародыш и запасенную пищу в эндосперме) из клетки, не подвергшейся мейозу. Некоторые виды лука (Allium sp.) Претерпевают вегетативный апомиксис, при котором неоплодотворенные зародыши цветков развиваются в вегетативные структуры (известные как луковицы) на соцветии. Эти луковицы напоминают маленькие растения со стеблями, корнями и листьями. Как только луковицы соприкасаются с влажной почвой, они могут превратиться в новую особь.
Половое размножение
Половое размножение у растений происходит в результате оплодотворения, союза гамет (клеток, подвергшихся мейозу) двух генетически различных растений. Мейоз уменьшает число хромосом вдвое, образуя гаметы. Оплодотворение рекомбинирует гаметы разных особей, образуя зиготу, которая развивается либо в споры, либо в семена.
Основной целью полового размножения является перестройка генов в следующем поколении. Это служит увеличению генетического разнообразия популяции, повышая эволюционную жизнеспособность вида перед лицом меняющихся факторов окружающей среды.
Конъюгация: начало полового размножения у зеленых водорослей
Зеленые водоросли (Phylum Chlorophyta) являются водными фотосинтезирующими видами, которые могут быть одноклеточными, колониальными (клетки одного типа прикреплены друг к другу) или многоклеточными (различные типы типов клеток в организме). В то время как большинство зеленых водорослей размножаются бесполым путем, некоторые группы (особенно Spirogyra) развили половое размножение. В процессе, известном как конъюгация, диплоидная (с 2n хромосомами) клетка зеленых водорослей подвергается мейозу с образованием четырех гаплоидных (n хромосом) клеток, которые рекомбинируют посредством оплодотворения с образованием генетически уникальных диплоидных зигот в следующем поколении.
Во время конъюгации оплодотворенная диплоидная (2n) клетка водоросли начинает этот процесс, утолщая свою клеточную стенку, образуя диплоидную зигоспору с шиповатой внешней оболочкой. Затем зигоспора подвергается мейозу с образованием четырех гаплоидных (n) клеток внутри шипистой клеточной стенки. Две из этих гаплоидных клеток будут принадлежать к одному штамму спаривания (+), а две другие — к штамму противоположного спаривания (-). Во время оплодотворения + брачные штаммы могут сливаться только с — брачными штаммами. Это примитивная версия женских и мужских гамет, позже развившаяся у растений. Как только гаплоидные клетки развились, шиповатая клеточная стенка разрывается в процессе, известном как прорастание, освобождая гаплоидные клетки. После прорастания гаплоидные клетки плавают двумя жгутиками и собираются вместе, образуя скопления. Каждый скопление включает гаплоидные клетки одного и того же типа спаривания, генерирующие скопления + типа спаривания и — скопления типа спаривания. Когда глыбы разных типов спаривания вступают в контакт друг с другом, между +-гаплоидной и -гаплоидной клеткой образуется трубка клеточной мембраны (известная как цитоплазматическая нить).
По мере увеличения цитоплазматической нити цитоплазма и гаплоидные (n) ядра двух клеток сливаются, образуя генетически уникальную диплоидную (2n) клетку зеленой водоросли в процессе, известном как оплодотворение.
Чередование поколений возникло у многоклеточных зеленых водорослей
В то время как конъюгация представляет собой форму полового размножения внутри одноклеточных или колониальных видов, некоторые группы многоклеточных зеленых водорослей (и наземных растений) размножаются посредством процесса, известного как чередование поколений. В этом процессе есть два многоклеточных поколения, связанных одноклеточной репродуктивной стадией. Одно поколение, известное как гаметофит, производит полностью гаплоидный (n) многоклеточный организм и производит гаплоидные (n) гаметы посредством митоза в специализированной ткани, известной как гаметангий, гаметофит, производящий гаметы с точно таким же числом хромосом, как и соматический ( или тело) клетки организма. Гаплоидные (n) гаметы из поколения гаметофита сливаются, образуя диплоидную (2n) зиготу.
По мере того, как зигота развивается в диплоидный (2n), многоклеточный организм, известный как споропихте. В отличие от стадии гаметофита, спорофит производит споры, подвергаясь мейозу, уменьшая количество хромосом вдвое в специализированной ткани, известной как спорангий. Эти гаплоидные споры прорастают, образуя гаплоидный гаметофит, снова запуская цикл. Многоклеточные зеленые водоросли не являются ни гаметофитно-дапоминантными, ни спорофитно-доминантными. У наземных растений преобладают либо гаметофиты, либо спорофиты.
Каменные водоросли имеют многоклеточные репродуктивные структуры
Каменные водоросли (класс Charophyceae) представляют собой водные фотосинтезирующие организмы, представляющие собой ступень развития между зелеными водорослями и наземными растениями. Камчатки имеют вегетативные ткани, которые включают мутовки нитей с центром в узле, соединенном цилиндрической осью, и содержат одноклеточные корневидные структуры (ризоиды), которые позволяют им прикрепляться к субстрату.
В отличие от многоклеточных зеленых водорослей современные каменные водоросли, по-видимому, не размножаются путем чередования поколений. Репродуктивные органы, прикрепленные к осевым узлам, включают оогоний и антеридий. Оогонины и антеридии окружены оболочкой из стерильных (бесплодных) клеток. Оогоний — это многоклеточный женский половой орган, который содержит одно относительно большое неподвижное яйцо, известное как мегаспора. Оогоний представляет собой большую вазообразную (или овальную) структуру, состоящую из оболочки спиралевидных нитей, тогда как антеридий представляет собой шаровидную структуру меньшего размера. Отдельные мужские половые органы (антеридии) содержат каждый относительно небольшой сперматозоид, известный как микроспора. Гаметы защищены многоклеточной структурой, не встречающейся у зеленых водорослей, что является основным аргументом против их включения в Phylum Chlorophyta. По сравнению с зелеными водорослями у каменных водорослей очень большие яйца. Подвижные сперматозоиды (n) подплывают к неподвижным яйцеклеткам (n), оплодотворяя их, создавая диплоидную (2n) зиготу, которая может прорастать, давая новую генетическую диплоидную особь.
Виды внутри Charophyceae либо однодомные (антеридии и оогонии существуют на одном растении), либо двудомные (особи производят либо антеридии, либо оогонии, но не то и другое).
Эмбрионы наземных растений покрыты питательными защитными тканями
Настоящие растения (класс Embryophyceae) имеют несколько морфологий, позволяющих им сохраняться на суше. Репродуктивно наземные растения отличаются от каменных растений тем, что зародыши растений извлекают питательные вещества из окружающей их ткани, что повышает их способность к выживанию на ранних стадиях развития. В дополнение к питательной ткани зародыши растений имеют защитную внешнюю ткань, которая помогает зародышу от обезвоживания на суше. В то время как существующие (все еще живые) каменные растения, по-видимому, не размножаются путем чередования поколений, это делают все наземные растения. Большинство систематиков приходят к выводу, что наземные растения произошли от каменных сорняков (из-за генетического анализа и многоклеточной природы репродуктивных органов), предполагая, что предки каменных сорняков, вероятно, воспроизводились посредством чередования поколений, но эти таксоны теперь вымерли.
Мохообразные, перешедшие из воды на сушу
Мохообразные (или несосудистые растения) возникли из камышей и представляют собой первые настоящие наземные растения. Мохообразные представляют собой небольшие наземные растения, у которых отсутствует настоящая сосудистая ткань, они размножаются спорами и включают настоящие мхи (Phylum Bryophyta), печеночники (Phylum Hepatophyta) и роголистники (Phylum Anthocerotophyta). Переход на сушу потребовал уникальных морфологий, не встречающихся у каменных сорняков, позволяющих растениям сохранять адекватный осмотический (H3O) баланс. В вегетативном состоянии наземные растения имеют слой восковой кутикулы на внешней стороне листьев (и некоторых стеблей, например, кактусов), который создает воздухонепроницаемую систему, предотвращающую диффузию воды из растения. Однако растениям необходим CO2 для фотосинтеза. Специализированные клетки, известные как замыкающие клетки, существуют в эпидермисе листа, которые открываются и закрываются, создавая поры в листе, известные как устьица.
В то время как это позволяет CO2 входить, это также выпускает воду. Растения постоянно открывают и закрывают устьица, чтобы регулировать осмотический баланс внутри листа в зависимости от текущей влажности почвы. Все наземные растения размножаются путем чередования поколений. Гаплоидные гаметофиты имеют клетки с несколькими непарными хромосомами и производят гаплоидные гаметы посредством митоза. Эти гаметы сливаются во время оплодотворения, образуя зиготу, которая развивается в спорофит, содержащий диплоидные соматические клетки. Специализированные ткани подвергаются мейозу с образованием четырех галоидных спор, которые прорастают без оплодотворения и превращаются в гаметофит.
В жизненном цикле мохообразных преобладает гаметофит, что означает, что большую часть жизненного цикла занимает поколение гаметофитов. Гаметофиты более заметны и долговечны, чем поколение спорофитов. Спорофиты появляются периодически, и их развитие обычно зависит от питания гаметофита. Гаметофиты мохообразных бывают мужскими или женскими.
В то время как фотосинтезирующие ткани гаметофитов практически идентичны, репродуктивные органы уникальны для каждого пола и располагаются либо на кончиках побегов, либо в пазухах листьев. Мужские гаметофиты производят половые органы, известные как антеридии, которые представляют собой яйцевидные структуры, состоящие из нескольких мужских гамет или сперматозоидов, заключенных в стерильную бесплодную ткань. Напротив, антеридий каменянки производит только одну мужскую гамету. Женские гаметофиты производят половой орган в форме вазы, известный как архегоний, с одним гнездом для яиц внутри стерильной ткани. Мужские гаметы мохообразных (а также зеленых водорослей и каменных сорняков) нуждаются в воде, чтобы достичь архегония. В присутствии воды мужские гаметы мохообразных плывут к антеридию под действием полового феромона (химического вещества), вырабатываемого архегонием.
Когда мужские и женские гаметы сливаются в результате оплодотворения, они производят диплоидную зиготу, известную как зародыш спорофита.
Этот зародыш развивается внутри архегония, в конечном итоге образуя спорофит. Спорофиты обычно незаметны и не фотосинтезируют. Как следствие, они питательно зависят от гаметофита и остаются прикрепленными. В конце развития спорофита развивается многоклеточная структура, известная как спорангий, в котором внутренние клетки претерпевают мейоз с образованием мужских и женских гаплоидных (n) спор. Эти споры обычно разносятся ветром и прорастают, превращаясь в гаметофит, перезапуская жизненный цикл мохообразных.
Мегагаметофиты и микрогаметофиты в плауновидных
Все несосудистые растения и большинство бессемянных сосудистых растений гомоспоровые, производящие один тип спор (либо мужские, либо женские), дающие начало гаметофиту посредством митоза. Некоторые роды плаунов (например, Selaginella) внутри Lycopodiopsida являются спорофитными растениями, образующими два разных вида спор (гетероспоры), образующими отдельные мужские и женские гаметофиты. Гаметофит гетероспористых ликофитов сильно редуцирован, оставаясь заключенным в спорангиевом растении.
Как только спорофит созреет, в нем разовьются многоклеточные структуры, известные как мегаспорангии. Внутри мегаспорангия находится незрелая яйцеклетка, известная как мегаспорофит. Эта клетка подвергается мейозу с образованием четырех гаплоидных яйцеклеток, известных как мегаспоры. Как только происходит мейоз, эта структура известна как мегагаметофит. Мегагаметофиты представляют собой крупные многоклеточные структуры, производящие и содержащие четыре мегаспоры (или яйца), в то время как микрогаметофиты представляют собой гораздо более мелкие многоклеточные структуры, производящие и содержащие сперму. Микрогаметофиты происходят из диплоидных микроспорангиев, в которых микроспороциты внутри микроспорангиев подвергаются мейозу с образованием гаплоидных микроспор.
Большинство бессемянных сосудистых растений (включая гомоспоровые представители Lycopodiopsida) имеют отдельные гаметофитные и спорофитные формы. В то время как эти формы могут быть физически прикреплены друг к другу, плауновидные, которые производят мегагаметофиты и микрогаметофиты, образуют сильно редуцированные гаметофиты, заключенные в спорофитную ткань, что наблюдается у микро- и мегагаметофитов.
Как только происходит оплодотворение яйца, диплоидная ткань архегония продолжает расти, окружая спорофитный зародыш, превращаясь в зрелый мегагаметофит. Зрелый мегагаметофит окружен одним эпидермальным слоем клеток, известным как стенка мегаспоры. Как только оплодотворенный мегагаметофит прорастает, развивающийся эмбрион дополняется пищей, хранящейся в бесплодной ткани мегагаметофитов, подобно семенным растениям. Другие бессемянные сосудистые растения не имеют этого запаса пищи, что обеспечивает этим ликофитам конкурентное преимущество перед другими бессемянными сосудистыми растениями на ранних стадиях развития.
Голосеменные имеют голые семена
Существующие семенные растения (или сперматофиты) включают голосеменные и покрытосеменные растения. Ископаемые свидетельства свидетельствуют о том, что семенные растения произошли от ныне вымерших семенных папоротников. Голосеменные (греч. «голые семена») являются наиболее примитивными из существующих семенных растений и дают незакрытые семена, в то время как покрытосеменные (греч.
«семена с сосудами») являются цветковыми растениями, семена которых заключены (или снабжены сосудами) в дополнительную оболочку. ткань, известная как плод. Существующие голосеменные растения включают саговники (подкласс Cycadidae), дерево гингко (подкласс Ginkgoidae), гнетофиты (подкласс Gnetidae) и хвойные (подкласс Pinidae).
В ходе эволюции наземных растений прослеживается общая тенденция к редукции гамет. Семенные растения доводят эту тенденцию до крайности. У мохообразных преобладают гаметы. У бессемянных сосудистых растений преобладают спорофиты, но их гаметофиты видны невооруженным глазом. Гаметофиты семенных растений в дальнейшем уменьшаются до микроскопических размеров. Гаметофиты у семенных растений развиваются из спорангиев и сохраняются в спорофитных тканях. Обволакивание гаметофита спорофитной тканью выгодно для наземных растений, так как предохраняет гаметофит от высыхания. Семенники исключительно гетероспоровые, образующие споры двух разных типов. Подобно разноспоровым ликофитам, семенные растения имеют сильно редуцированные гаметофиты.
Микроспорангий представляет собой структуру, в которой находятся микроспороциты. Диплоидные микроспороциты подвергаются мейозу с образованием гаплоидных микроспор. Микроспоры подвергаются митозу, давая начало мужскому гаметофиту или микрогаметофиту. Микрогаметофит семенных растений представляет собой четырехклеточную гаплоидную структуру, известную как пыльца.
Мегагаметофиты у ликофитов состоят из спорофитного (2n) зародыша, окруженного питательной тканью, которая целиком заключена в стенку мегаспоры. Мегаспорангий представляет собой диплоидную многоклеточную структуру, состоящую из мегаспорагия (известного как ядро у семенных растений), в котором находится диплоидная мегаспорангий (известная как материнская клетка мегаспоры у семенных растений). Ядро в конечном итоге становится запасом пищи для развивающегося эмбриона. Опыление происходит, когда пыльцевое зерно вступает в контакт с ядром. Это заставляет материнскую клетку мегаспоры подвергаться мейозу с образованием четырех гаплоидных мегаспор.
Три мегаспоры погибают, остается одна мегаспора. Выжившая мегаспора подвергается митозу, чтобы дать начало женскому гаплоидному гаметофиту, мегагаметофиту. Мегагаметофит представляет собой многоклеточную структуру, в которой находится яйцо, окруженное вазообразным архегонием. Оплодотворение происходит, когда сперматозоид и яйцеклетка сливаются.
В отличие от мегагаметофитов у некоторых плауновидных мегагаметофиты имеют дополнительную ткань — покровы. Эти модифицированные мегагаметофиты семенных растений представляют собой семязачатки. Покровы превращаются в твердую семенную кожуру. Эта дополнительная защита позволяет семенам оставаться в состоянии покоя до тех пор, пока не возникнут подходящие условия окружающей среды, прежде чем они прорастут. Ликофиты, у которых развиваются мегагаметофиты, не имеют семенной кожуры и не способны к длительному покою до прорастания. После оплодотворения яйцеклетки она превращается в диплоидный спорофитный зародыш, расположенный внутри мегагаметофита, окруженный диплоидными запасами пищи из ядра.
После оплодотворения покровы окружают ядро и развивающийся зародыш и затвердевают, превращаясь в семенную кожуру. Как только семя прорастает, оно превращается в спорофитное (2n) растение или спорофит. Как только растение достигает полового созревания, у него развиваются микро- и мегаспорангии, снова начиная жизненный цикл. У сосен они расположены в шишках.
Семена покрытосеменных растений заключены в плоды.
Покрытосеменные – это цветковые растения. В настоящее время на континентах преобладают покрытосеменные растения, представленные однодольными (класс однодольных) и двудольными (класс двудольными). Как и у всех сосудистых растений, у покрытосеменных преобладают спорофиты. Как и голосеменные, покрытосеменные — разноспоровые, семенные растения. В отличие от голосеменных, семена покрытосеменных содержат дополнительную ткань, известную как плод. Основная функция плода – распространение семян. Плоды могут быть съедены животными, прилипать к меху или перьям животных, переноситься ветром или водой.
Рассеивание семян от материнского растения полезно для развития потомства, поскольку гарантирует, что потомство не дорастет до материнского растения. Как и голосеменные, покрытосеменные растения производят микроспороциты, которые подвергаются мейозу с образованием гаплоидных микроспор. Эти микроспоры впоследствии делятся путем митоза с образованием двухклеточных микрогаметофитов, известных как пыльца. Микроспороциты содержатся в микроспорангии, который расположен внутри структуры, известной как пыльник. Цветы обычно имеют много пыльников, которые представляют собой структуры, производящие пыльцу, обычно желтые (иногда оранжевые), удерживаемые поверх нитей (обычно белых), прикрепленных к основанию цветка.
Как и голосеменные, покрытосеменные образуют семязачатки. Однако говорят, что семяпочки голосеменных растений «голые». Семязачатки покрытосеменных растений заключены в дополнительную ткань, известную как завязь. Плоды развиваются из завязей. Яичники (обычно содержащие много семязачатков) являются частью более крупной структуры, известной как плодолистик.
На вершине яичника проходит шейка (или трубка), известная как стиль. На вершине стиля находится орган, известный как рыльце, который содержит липкое вещество, удерживающее пыльцу после ее отложения. Семязачатки внутри яичника содержат мегаспорангий, расположенный в двух слоях покровов. Диплоидный мегаспороцит (или материнская мегаспора) внутри мегаспорагия подвергается мейозу с образованием четырех гаплоидных мегаспор, из которых выживает только одна. Выжившая мегаспора подвергается митозу, образуя 8-клеточный женский гаметофит, известный как зародышевый мешок. Две клетки, находящиеся ближе всего к экватору зародышевого мешка, сливаются, образуя диплоидное полярное ядро. Остальные клетки мегагаметофита мигрируют от экватора зародышевого мешка. Три клетки, наиболее удаленные от отверстия семязачатка, известны как антиподы, а три оставшиеся клетки (ближайшие к отверстию семязачатка) включают одну яйцеклетку и две синергидные клетки (или «хелперные» клетки).
Как только пыльца достигает рыльца пестика, пыльцевая трубка прорастает вниз по столбику и входит в завязь между покровами.
Два спермия откладываются в зародышевый мешок. Затем происходит уникальный для покрытосеменных растений процесс, известный как двойное оплодотворение. Как и у всех других растений, один сперматозоид и яйцеклетка сливаются, образуя диплоидную зиготу, которая развивается в зародыш. Второй сперматозоид сливается с диплоидным полярным ядром, образуя триплоидную (3n) клетку, которая превращается в ткань запаса пищи для развивающегося эмбриона, известную как эндосперм. После оплодотворения покровы затвердевают, образуя прочную наружную семенную оболочку, как у голосеменных растений. Как только семя прорастает, появляется корневой корешок, за которым следуют один (в случае однодольных) или два (в случае двудольных) семенных листа, известных как семядоли. По мере развития проростка он пополняется запасами пищи из эндосперма. Покрытосеменные растения могут иметь тычинки и пестики на одном цветке (гермафродиты), тычинки и пестики на разных цветках (однодомные) или отдельные мужские и женские растения (двудомные).