Вегетативные и репродуктивные органы растений: Вегетативные органы растений

Лекция № 3. Строение растительного организма

Цель: Дать представления о строении вегетативных и генеративных органов растения.

Основные вопросы:

1. Вегетативные органы растений

2. Генеративные органы растений.

Органы растения. Орган – это часть организма, имеющая определенное строение и выполняющая определенные функции. Органы высших растений подразделяются на две группы: вегетативные и репродуктивные, или генеративные.

Вегетативные органы составляют тело растения и выполняют основные функции его жизнедеятельности, т.е. служат для  поддержания индивидуальной жизни конкретной особи, а иногда  и её вегетативного размножения. К ним относятся корень, стебель и лист. У прокариот, низших растений и грибов вегетативных органов нет, поэтому низшие растения называют слоевищными, а тело – слоевищем. Корень — осевой вегетативный орган растения. Корни закрепляют растение в почве, обеспечивают всасывание и поступление в растение воды и минеральных веществ, в корне могут накапливаться запасные питательные вещества. Виды корней – главный, боковые и придаточные. Совокупность всех корней растения называют корневой системой. Выделяют следующие типы корневых систем – стержневая, мочковатая и смешанная. Видоизменениями корня являются корневые клубни и корневые шишки. Побег – это стебель с листьями и почками. Части побега это узлы, междоузлия, пазуха листа, почки (боковые, верхушечные). Стебель это осевая часть побега. Стебли классифицируются по расположению в пространстве, по поперечному сечению, по анатомическому строению, по типу ветвления. К видоизменениям стебля относятся корневища, луковицы, клубни, усы, колючки, столоны, клубнелуковицы. Функции стебля – опорная, проведение питательных веществ, хранилище запасных питательных веществ, орган размножения. Лист —  это боковое образование на стебле. Он выполняет функции фотосинтеза, транспирации и газообмена. Основные части листа – листовая пластинка, черешок, прилистники и основание. Листья могут быть простыми  и сложными. Важные признаки в морфологической характеристике листа – форма листовой пластинки, ее края,  основания, верхушки, степень расчленения пластинки и характер жилкования. У растений различают несколько типов листорасположения: очередное, супротивное, мутовчатое. Продолжительность жизни зеленых  листьев у разных видов растений неодинакова и колеблется от 2-3 недель до 20 и более лет. Различают виды растений листопадные и вечнозеленые. Видоизменениям листа являются семядоли, колючки, усы, чешуи.

Репродуктивные органы служат для воспроизведения особи в ряду последующих поколений. У покрытосеменных это цветок и его производные (семя и плод). При половом процессе происходит слияние мужской и женской половых клеток, в результате появляется более жизнеспособное потомство, чем при вегетативном размножении.

Цветок – это укороченный видоизмененный неветвящийся побег с ограниченным ростом, орган размножения  покрытосеменных растений. Части цветка: цветоножка, цветоложе, чашелистики, лепестки, тычинки и плодолистики. Чашелистики составляют чашечку, лепестки околоцветник. По наличию тычинок и пестиков различают два типа цветков (обоеполые и однополые). Если тычиночные цветки располагаются на одной особи, то растения называются однодомными, если на разных — двудомными.

         Растения могут обладать крупными одиночными или многочисленными мелкими цветками. Мелкие цветки, собранные вместе называют соцветиями. Соцветия лучше заметны для опылителей, более эффективно опыляются ветром. Принято различать моноподиальные и симподиальные соцветия. Моноподиальные – кисть, колос, початок, головка, корзинка, щиток, зонтик, сложный колос, сложный зонтик, метелка. Симподиальные – монохазий, дихазий, плейохазий.

Плод – орган, развившийся из цветка и служащий для защиты и распространения семян. После процесса двойного оплодотворения, одновременно с образованием семян происходит и образование плодов. В формировании плода могут принимать участие не только пестик, но и другие части цветка: основания лепестков, чашелистиков и цветоложе.   Плоды могут быть простые и сложные, сухие и сочные, многосемянные и односемянные, вскрывающиеся и невскрывающиеся

Вопросы для самоконтроля:

1.Типы корневых систем, их характеристика.

2.Строение побега.

3.Строение и функции листа.

4.Что такое метаморфоз? Какие метаморфозы корня, побега и листа существуют?

5.Причины листопада.

6.Опыление и его типы.

7.В чем сущность процесса двойного оплодотворения?

Рекомендуемая литература:

1.Кудряшов Л.В. и др. Ботаника с основами экологии. М. Просвещение, 1990. с. 13-98

2.Тихомиров Ф.К. Ботаника М. Просвещение, 1978

3.Блукет Н.А. и др. Ботаника. М. Просвещение, 1986

4.Петерман И., Чирнер В. Интересна ли ботаника. М. Мир, 1984

5.Андреева М.И., Родман Л.С. Ботаника. М. 2002

6.Естествознание и основы экологии/Р.А. Петросова и др.2000.- 304 с.

Переход от вегетативного к репродуктивному — биология развития

В отличие от некоторых животных систем, в которых зародышевая линия отделяется во время раннего эмбриогенеза, у растений зародышевая линия устанавливается только после перехода от вегетативного к репродуктивному развитию, т. е. цветения . Все вегетативные и репродуктивные структуры побега происходят из меристемы побега, сформированной во время эмбриогенеза. Клональный анализ показывает, что в меристеме побега эмбриона не выделяются клетки, предназначенные исключительно для создания репродуктивных структур (McDaniel and Poethig 19).88). У кукурузы облучение семян вызывает изменение пигментации некоторых клеток. Эти семена дают начало растениям, которые имеют визуально различимые участки, происходящие от мутантных клеток. Такие сектора могут простираться от вегетативной части растения к репродуктивным областям (1), указывая на то, что зародыши кукурузы не имеют отчетливых репродуктивных компартментов.

Рисунок 20.27

Клоновый анализ можно использовать для построения карты судьбы апикальной меристемы побега кукурузы. Семена, гетерозиготные по определенным генам пигмента (антоцианам), облучают так, что в некоторых клетках утрачивается доминантный аллель (случайность). Все (далее…)

Максимальный репродуктивный успех зависит от сроков цветения и от баланса количества произведенных семян с ресурсами, выделяемыми на отдельные семена. Как и у животных, разные стратегии лучше всего работают для разных организмов в разных средах. Среди более чем 300 000 видов покрытосеменных существует большое разнообразие моделей цветения, но, по-видимому, в основе лежит эволюционная консервация генов цветения и общих моделей регуляции цветения.

Упрощенное объяснение процесса цветения состоит в том, что сигнал от листьев движется к верхушке побега и вызывает цветение. У некоторых видов этот сигнал цветения является реакцией на условия окружающей среды. Пути развития, ведущие к цветению, регулируются в многочисленных контрольных точках в различных органах растений (корни, семядоли, листья и верхушки побегов) у различных видов, что приводит к разнообразию времени цветения и репродуктивной архитектуры. Однако природа сигнала цветения остается неизвестной.

Некоторые растения, особенно древесные многолетники, проходят ювенильную фазу , во время которой растение не может производить репродуктивные структуры, даже если присутствуют все соответствующие сигналы окружающей среды (Lawson and Poethig 1995). Переход от ювенильной к взрослой стадии может потребовать приобретения листьями или меристемой способности реагировать на внутренний или внешний сигнал (McDaniel et al., 1992; Singer et al., 1992; Huala and Sussex, 1993).

Эксперименты по прививке и культивированию органов, анализ мутантов и молекулярный анализ дают нам основу для описания репродуктивного перехода у растений (). Эксперименты по прививке выявили источники сигналов, стимулирующих или подавляющих цветение, и предоставили информацию о приобретении в процессе развития способности меристем реагировать на эти сигналы (Lang et al. 19).77; Сингер и др. 1992 год; Макдэниел и др. 1996 год; Рид и др. 1996). Анализ мутантов и молекулярная характеристика генов дают информацию о механике этих механизмов сигнал-реакция (Hempel et al. 2000; Levy and Dean 1998).

Рисунок 20.28

Регуляция вегетативно-репродуктивного перехода. Внутренние и внешние факторы регулируют, производит ли меристема вегетативные или репродуктивные структуры. Не все показанные регуляторные механизмы используются у всех видов, а некоторые виды цветут (подробнее…)

Листья производят вещество, передающееся через прививку, которое вызывает цветение. У некоторых видов этот сигнал вырабатывается только при определенном фотопериоде (длине дня), в то время как другие виды нейтральны по отношению к световому дню и будут цвести при любом фотопериоде (Zeevaart 1984). Не все листья способны воспринимать или передавать фотопериодические сигналы. Пигменты фитохрома передают эти сигналы из внешней среды. Структура фитохрома модифицируется красным и дальним красным светом, и эти изменения могут инициировать каскад событий, приводящих к выработке промотора или ингибитора цветения (Deng and Quail 19).99). Листья, семядоли и корни были идентифицированы как источники ингибиторов цветения у некоторых видов (McDaniel et al., 1992; Reid et al., 1996). Для репродуктивного перехода необходим критический баланс между ингибитором и промотором.

У некоторых видов меристемы изменяют свою способность реагировать на сигналы цветения в процессе развития (Singer et al. 1992). Яровизация , период охлаждения, может повысить способность побегов и листьев воспринимать или производить сигнал цветения. Репродуктивный переход зависит как от компетентности меристемы, так и от силы сигнала (4). Эксперименты с культивированием кончиков побегов у нескольких видов (включая табак, подсолнечник и горох) показали, что детерминация репродуктивной функции может происходить до репродуктивного морфогенеза (рассмотрено в McDaniel et al. 19).92). То есть изолированные верхушки побегов, предназначенные для репродуктивного развития, но являющиеся морфологически вегетативными, будут давать одинаковое количество узлов перед цветением in situ и в культуре (10).

Рисунок 20.29

Взаимодействие компетентности и силы сигнала. Nicotiana tabacum ( Nt ) — растение, не зависящее от дня, которое цветет, когда меристема приобретает способность реагировать на внутренние сигналы. N. silvestris ( Ns ) – растение длинного дня, которое цветет, когда цветочный сигнал(ы) (далее…)

Рисунок 20.30

Определение репродуктивного развития. В этом эксперименте обрабатывали почки трех узлов от основания растений гороха, когда растения имели три развернутых листа. Эти почки были определены для репродуктивного развития и произвели такое же количество (подробнее…)

«Черный ящик» между сигналами окружающей среды и образованием цветка быстро исчезает, особенно у модельного растения Arabidopsis. В настоящее время выясняются пути передачи сигналов от света через различные фитохромы к ключевым генам цветения. Молекулярные объяснения выявляют избыточные пути, обеспечивающие цветение. Генетически выделены светозависимые, гиббереллин-зависимые, яровизированно-зависимые и автономные пути, регулирующие цветочный переход.

Предки покрытосеменных растений, как полагают, образовали терминальный цветок непосредственно из верхушки терминального побега (Stebbins 1974). У современных покрытосеменных существует множество моделей цветения, при которых верхушка терминального побега неопределенная, но цветки образуются из пазушных почек. Это наблюдение вводит промежуточный этап в репродуктивный процесс: переход вегетативной меристемы в меристему соцветия , которая инициирует пазушные меристемы, которые могут производить органы цветка, но непосредственно сами части цветка не производят. Соцветие — это репродуктивный стержень (стебель), на котором распускаются цветы (см. ). Меристема соцветия, вероятно, возникает в результате действия гена, который подавляет терминальное формирование цветка. 9Ген 0035 CENTRORADIALUS ( CEN ) у львиного зева подавляет формирование конечных цветков (Bradley et al. 1996). Он подавляет экспрессию FLORICAULA ( FLO ), что определяет идентичность цветочной меристемы. Любопытно, что выражение FLO необходимо для включения CEN . Гомолог Arabidopsis CEN ( TERMINAL FLOWER 1 или TFL1 ) также экспрессируется во время вегетативной фазы развития и имеет дополнительную функцию задержки приверженности к развитию соцветия (Bradley et al. 19).97). Сверхэкспрессия TFL1 в трансгенном Arabidopsis удлиняет время до образования верхушечного цветка (Ratcliffe et al. 1998). TFL1 должен задержать репродуктивный переход. Садовый горох ветвится на один раз больше, чем львиный зев, прежде чем сформировать цветок. То есть пазушная меристема не производит непосредственно цветок, а действует как меристема соцветия, которая инициирует цветочные меристемы. Два гена, DET и VEG1, , ответственны за это более сложное соцветие, и только когда оба нефункциональны, формируется терминальный цветок (Singer et al. 19).96).

Рисунок 20.31

Регуляция архитектуры ветвления соцветия. (А) У простейших покрытосеменных верхушечный цветок формируется непосредственно из верхушки верхушечного побега. (B) Arabidopsis и львиный зев образуют цветы на пазушных ветвях (цветки второго порядка). (C) У гороха (подробнее…)

Следующим шагом в репродуктивном процессе является спецификация цветочных меристем — тех меристем, которые фактически будут производить цветы (Weigel 1995). В Арабидопсис,
LEAFY ( LFY ), APETALA 1 ( AP1 ) и CAULIFLOWER ( CAL ) представляют собой генов идентичности цветочной меристемы (). LFY является гомологом FLO у львиного зева, и его активация во время развития является ключом к переходу к репродуктивному развитию (Blázquez et al. 1997). Экспрессия этих генов необходима для перехода от меристемы соцветия к меристеме цветка. Мутанты ( /lfy ) имеют тенденцию образовывать облиственные побеги в пазухах, где у растений дикого типа формируются цветы; они не могут перейти к цветочному развитию. При сверхэкспрессии LFY цветение происходит рано. Например, когда осину трансформировали геном LFY , который экспрессировался по всему растению, время до цветения резко сократилось с нескольких лет до нескольких месяцев (Weigel and Nilsson 1995). AP1 и CAL являются близкородственными и дублирующими генами. cal мутант выглядит как растение дикого типа, но двойные мутанты ap1 cal образуют соцветия, похожие на головки цветной капусты ()

(A) Дикий тип

Arabidopsis, (B) листовой мутант , (C) apetala1 мутант и (D) листовой apetala1 двойной мутант. (Фотографии предоставлены J. Bowman.)

Рисунок 20.33

Arabidopsis двойной мутант ap1 и кал. Поскольку cal сам по себе дает фенотип дикого типа, двойной мутант демонстрирует избыточность этих двух генов в пути цветения. (Фотография предоставлена ​​Дж. Боуменом.)

Гены идентичности цветочных меристем инициируют каскад генной экспрессии, который включает регион-специфические ( кадастровые ) гены, которые дополнительно определяют паттерн, инициируя транскрипцию генов идентичности цветочных органов (Weigel 1995). СУПЕРМЕН ( SUP ) является примером кадастрового гена в Arabidopsis , который играет роль в определении границ экспрессии гена идентичности органа. Три класса (A, B и C) генов идентичности органов необходимы для спецификации четырех мутовок органов цветка (Coen and Meyerowitz 1991). Это гомеозисные гены (но не Hox-гены) и включают АР2,
AGAMOUS ( AG ), AP3, и PISTILLATA ( PI ) в Арабидопсис. Только генов класса A ( AP2 ) определяют развитие чашелистиков. Гены класса A и гены класса B ( AP3 и PI ) вместе определяют лепестки. Гены класса B и класса C ( AG ) необходимы для образования тычинок; Только гены класса C определяют формирование плодолистика. Когда все эти гомеозисные гены не экспрессируются в развивающемся цветке, части цветка становятся листообразными. Гены ABC кодируют факторы транскрипции, которые инициируют каскад событий, ведущих к фактическому производству частей цветка. В дополнение к генам ABC в настоящее время исследуются гены класса D, которые специфически регулируют развитие яйцеклеток. Семяпочка развилась задолго до других частей цветка покрытосеменных, и хотя ее развитие координируется с развитием плодолистика, можно было бы ожидать, что существуют более древние, независимые пути.

Рисунок 20.34

Фенотипы дикого типа и мутантные фенотипы Arabidopsis генов идентичности органов цветков класса A ( ap2 ), класса B ( ap3, pi ) и класса C ( ag . ) (Модель предложена Coen and Meyerowitz, 1991; фотографии предоставлены J. Bowman.)

Рисунок 20.35

Модель ABC для спецификации органов цветка. Три класса генов — А,
B, и C — регулируют идентичность органов у цветков. Центральная диаграмма представляет цветок дикого типа; окружающие диаграммы представляют мутантов, у которых отсутствует один или несколько из (далее…)

32.E: Размножение растений (упражнения) — Biology LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Половое размножение происходит с небольшими вариациями у разных групп растений. В жизненном цикле растений выделяют две стадии: стадию гаметофита и стадию спорофита. Гаплоидный гаметофит производит мужские и женские гаметы путем митоза в различных многоклеточных структурах. Слияние мужской и женской гамет образует диплоидную зиготу, из которой развивается спорофит.

Вопросы для повторения

В мужских репродуктивных органах растения развитие пыльцы происходит в структуре, известной как ________.

1. тычинка
2. микроспорангий
3. пыльник
4. тапетум

Ответить

Б

Тычинка состоит из длинного стебля, называемого нитью, которая поддерживает ________.

1. клеймо
2. чашелистик
3. стиль
4. пыльник

Ответить

Д

________ все вместе называются чашечкой.

1. чашелистики
2. лепестки
3. листочки околоцветника
4. тычинки

Ответить

А

На какую часть цветка попадает пыльца?

1. клеймо
2. стиль
3. яйцеклетка
4. покровы

Ответить

А

Free Response

Опишите репродуктивные органы внутри цветка.

Ответить

Внутри цветка находятся репродуктивные органы растения. Тычинка — мужской репродуктивный орган. Пыльца образуется в тычинке. Плодолистик – женский репродуктивный орган. Завязь — это вздутое основание плодолистика, где находятся семязачатки. Не все цветы имеют каждую из четырех частей.

Опишите двухстадийный жизненный цикл растений: стадию гаметофита и стадию спорофита.

Ответить

В жизненном цикле растений выделяют две фазы: стадию гаметофита и стадию спорофита. На стадии гаметофита, когда репродуктивные клетки подвергаются мейозу и производят гаплоидные клетки, называемые спорами, начинается стадия гаметофита. Споры делятся путем деления клеток, образуя растительные структуры совершенно нового растения. Клетки в этих структурах или растениях гаплоидны. Некоторые из этих клеток подвергаются клеточному делению и образуют половые клетки. Оплодотворение, слияние гаплоидных половых клеток, начинается на стадии спорофита. Образовавшиеся на этой стадии клетки имеют диплоидный набор хромосом. Мейоз в некоторых из этих клеток образует споры, и цикл начинается снова: процесс, известный как чередование поколений.

Опишите четыре основные части или мутовки цветка.

Ответить

Типичный цветок состоит из четырех основных частей или мутовок: чашечки, венчика, андроцея и гинецея. Самая внешняя мутовка цветка имеет зеленые листовые структуры, известные как чашелистики, которые в совокупности называются чашечкой. Это помогает защитить нераспустившийся бутон. Второй оборот состоит из ярко окрашенных лепестков, которые вместе известны как венчик. Третий оборот — это мужская репродуктивная структура, известная как андроцей. Андроцей имеет тычинки, у которых есть пыльники на стебле или нити. Пыльцевые зерна располагаются на пыльниках. Гинецей – женская репродуктивная структура. Плодолистик представляет собой индивидуальную структуру гинецея и имеет рыльце, стебель или столбик и завязь.

Обсудите разницу между целым цветком и неполным цветком.

Ответить

Если присутствуют все четыре мутовки цветка, это полный цветок. Если какой-либо из четырех частей отсутствует, он называется неполным. Цветки, содержащие как андроцей, так и гинецей, называются андрогинными или гермафродитами. Те, которые содержат только андроцей, известны как тычиночные цветы, а те, у которых есть только плодолистики, известны как плодолистики. Если на одном и том же растении расположены мужские и женские цветки, оно называется однодомным, а растения с мужскими и женскими цветками на разных растениях называются двудомными.

Опыление бывает двух видов: самоопыление и перекрестное опыление. Самоопыление происходит, когда пыльца из пыльника оседает на рыльце пестика того же цветка или другого цветка того же растения. Перекрестное опыление — это перенос пыльцы с тычинок одного цветка на рыльце пестика другого цветка на другой особи того же вида. Самоопыление происходит у цветков, у которых одновременно созревают тычинки и плодолистика.

Контрольные вопросы

После двойного оплодотворения образуется зигота и ________.

1. яйцеклетка
2. эндосперм
3. семядоли
4. подвеска

Ответить

Б

Оплодотворенная яйцеклетка дает начало ________.

1. фрукты
2. семена
3. эндосперм
4. эмбрион

Ответить

Б

Как называется плод, развивающийся из тканей, отличных от завязи?

1. простые фрукты
2. совокупность фруктов
3. несколько фруктов
4. аксессуар фрукты

Ответить

Д

________ — наружная оболочка плода.

1. эндокарпий
2. околоплодник
3. экзокарпий
4. мезокарпий

Ответить

С

Free Response

Почему у некоторых семян наступает период покоя и как они выходят из него?

Ответить

Многие семена вступают в период бездействия или чрезвычайно низкой метаболической активности, процесс, известный как покой. Покой позволяет семенам пережить неблагоприятные условия и прорасти, вернувшись в благоприятные условия. Благоприятные условия могут быть такими разнообразными, как влажность, свет, холод, огонь или химическая обработка. После сильных дождей появляется много новых всходов. Лесные пожары также приводят к появлению новых саженцев.

Обсудите некоторые способы распространения семян фруктов.

Ответить

Некоторые фрукты имеют встроенные механизмы, которые позволяют им распространять семена самостоятельно, но другим требуется помощь таких агентов, как ветер, вода и животные. Плоды, разносимые ветром, имеют легкий вес и часто имеют крыловидные придатки, которые позволяют им переноситься ветром; у других есть конструкции, напоминающие парашют, которые удерживают их на плаву на ветру. Некоторые плоды, например одуванчики, имеют мохнатую невесомую структуру, которая позволяет им парить на ветру. Плоды, рассеянные водой, легкие и плавучие, что дает им возможность плавать; кокосы являются одним из примеров. Животные и птицы едят фрукты и рассеивают их семена, оставляя помет в отдаленных местах. Другие животные закапывают плоды, которые впоследствии могут прорасти. Некоторые плоды прилипают к телам животных и переносятся в новые места. Люди также способствуют рассеиванию семян, когда переносят плоды на новые места.

Многие растения способны размножаться с помощью бесполого размножения. Этот метод не требует вложений, необходимых для получения цветка, привлечения опылителей или поиска средств распространения семян. Бесполое размножение дает растения, генетически идентичные родительскому растению, потому что не происходит смешения мужских и женских гамет. Традиционно эти растения хорошо выживают в стабильных условиях окружающей среды по сравнению с растениями, полученными в результате полового размножения.

Вопросы для повторения

________ — полезный метод бесполого размножения для размножения растений с трудно укореняющимися корнями.

1. прививка
2. многослойный
3. обрезки
4. бутонизация

Ответить

А

Что из следующего является преимуществом бесполого размножения?

1. Черенки, взятые со взрослого растения, проявляют повышенную устойчивость к болезням.
2. Привитые растения лучше переносят засуху.
3. Когда черенки или почки берутся из взрослого растения или его частей, полученное растение вырастет во взрослое растение быстрее, чем сеянец.
4. Бесполое размножение использует преимущества более разнообразного генофонда.

Ответить

С

Растения, которые цветут один раз в жизни, известны как ________.

1. однодомные
2. раздельнополые
3. поликарпический
4. монокарпический

Ответить

Д

Виды растений, жизненный цикл которых завершается за один сезон, известны как ________.

1. биеннале
2. многолетники
3. однолетники
4. поликарпический

Ответить

С

Free Response

Каковы некоторые преимущества бесполого размножения у растений?

Ответить

Бесполое размножение не требует затрат ресурсов и энергии растения, которые были бы связаны с образованием цветка, привлечением опылителей или распространением семян. Бесполое размножение приводит к появлению растений, генетически идентичных родительскому растению, поскольку не происходит смешивания мужских и женских гамет, что приводит к лучшей выживаемости. Черенки или почки, взятые со взрослого растения, дают потомство, которое созревает быстрее и более крепкое, чем сеянец, выращенный из семени.

Опишите естественные и искусственные способы бесполого размножения растений.

Ответить

Бесполое размножение у растений может происходить естественными или искусственными способами. Естественные методы включают стратегии, используемые растением для своего размножения. Искусственные методы включают прививку, черенкование, отводки и микроразмножение.

Обсудите жизненные циклы различных растений.

Ответить

Виды растений, жизненный цикл которых завершается за один сезон, называются однолетними.