Спермии цветковых растений образуются в пыльниках тычинок. Перекрестное опыление и самоопыление растений

Перед оплодотворением у цветковых растений должно произойти опыление, то есть перенос пыльцы с тычинки одного цветка на рыльце пестика другого. Опыление у растений может происходить ветром, водой, птицами и животными, однако, основными переносчиками пыльцы с цветка на цветок являются насекомые.

Существует перекрестное опыление, когда пыльца с одного цветка попадает на рыльце пестика другого, и самоопыление, если пыльца попадает на пестик своего же цветка. Самоопыление распространено в природе реже, чем перекрестное, так как перекрестное опыление благодаря комбинации генов от двух родителей, дает более жизнеспособное потомство.

Благодаря эволюции, у растений выработались способы предотвращения самоопыления — наличие однополых цветков, разные сроки созревания пыльцы и рыльца пестика в обоеполых цветках, особенности строения цветка, например, расположение пыльников тычинок и рыльца пестика на разной высоте и т.д. Широко распространена также самонесовместимость, или стерильность цветка по отношению к своей пыльце, при которой самоопыление невозможно.

Еще один вариант опыления — искусственное опыление, при котором человек переносит пыльцу с одного цветка на другой. Оно проводится для выведения новых сортов растений, и, иногда для спасения редких и исчезающих видов.

Как же происходит оплодотворение цветка?

Пыльца — это мужской гаметофит. В пыльцевом зерне пыльника тычинки происходит формирование спермиев — мужских половых клеток. (гамет). Происходит это благодаря нескольким делениям материнской клетки — споры, с помощью мейоза и последующего митоза. В результате в пыльцевом зерне образуется три клетки — одна большая, вегетативная, и две маленькие, генеративные. Сверху пыльцевое зерно покрыто двойной оболочкой.

Яйцеклетка — женская гамета — развивается в зародышевом мешке семязачатка.

У покрытосеменных семязачатки находятся внутри завязи пестика, и тем самым защищены от неблагоприятных условий среды, в отличие от голосеменных, у которых семязачатки располагаются снаружи и непосредственно улавливают пыльцу. Семязачаток (семяпочка) — это видоизмененный спорангий. Перед опылением одна из его центральных клеток многократно делится — мейозом и несколькими митозами, в результате чего образуется одна большая клетка с восемью гаплоидными ядрами — это и есть зародышевый мешок — женский гаметофит. Вскоре ядра зародышевого мешка окружаются небольшим слоем цитоплазмы и отделяются друг от друга, образуя отдельные клетки. Одна из них, самая большая — яйцеклетка. Она располагается у полюса зародышевого мешка. Напротив нее находится клетка с двумя ядрами, которые сливаются в одно ядро (так называемое центральное ядро). Остальные 5 клеток располагаются у разных полюсов зародышевого мешка — две — рядом с яйцеклеткой, и три — у противоположного полюса.После того, как пылинка попадает на рыльце пестика, в ней сразу образуются два спермия, а сама пылинка набухает и начинает врастать внутрь пестика образуя пыльцевую трубку. Спермии перемещаются в конец пыльцевой трубки. Пройдя через ткани рыльца и столбика пестика, пыльцевая трубка проникает в завязь, подходит к семязачатку и врастает в него. Далее пыльцевая трубка прорастает в зародышевый мешок, где один из спермиев соединяется (сливается) с яйцеклеткой, образуя зиготу. Из зиготы в последующем развивается зародыш растения. Другой спермий подходит к центральныму ядру и сливается с ним. При этом образуется трехядерная клетка, которая начинает быстро делиться, образуя эндосперм — питательную ткань семени.

Такой процесс слияния двух спермиев с двумя клетами — яйцеклеткой и центральным ядром получил название двойного оплодотворения. Двойное оплодотворение встречается только у цветковых растений, благодаря ему зародыш получает очень ценную питательную ткань.

Несмотря на то, что сам процесс слияния спермиев с яйцеклеткой и центральным ядром протекает быстро, 15-20 минут, прорастание пыльцевой трубки может длиться несколько месяцев.

Например, от момента опыления до самого оплодотворения, у дуба проходит 12-14 месяцев, у орешника — до 4 месяцев, у хлопчатника — до 30 часов. У большинства же растений этот процесс занимает 1-2 дня.

Половое размножение покрытосеменных растений связано с цветком. В цветке, органе размножения, происходит созревание мужских и женских половых клеток (гамет), и их последующее слияние с образованием первой клетки дочернего организма.

Отличие полового размножения от вегетативного

Половое и вегетативное - два вида размножения покрытосеменных. При вегетативном размножении новые организмы возникают за счёт регенерации вегетативных органов (лист, корень, побег).

Цветок не относится к вегетативным, а является репродуктивным (лат. - reproductio – воспроизведение) органом. В нём при слиянии гамет образуется зигота, из которой впоследствии развивается зародыш нового растения.

Гаметы

Гаметы имеют существенное отличие от всех других клеток. Число хромосом в ядрах гамет в два раза меньше, чем в остальных клетках. Такой набор хромосом называется гаплоидным. Набор хромосом обычных клеток тела называется диплоидным.

Хромосомы содержат наследственную информацию о признаках организма. Дочерний организм имеет половину хромосом от мужской гаметы и столько же от женской.

Тычинки и пестики

На тычинках развивается пыльца. Пыльца содержит генеративную клетку, которая, делясь, образует две мужские гаметы, называемые спермиями.

ТОП-4 статьи которые читают вместе с этой

Женская гамета, или яйцеклетка, вместе с сопутствующими ей клетками находится внутри завязи пестика, в полости зародышевого мешка.

Рис. 1. Зародышевый мешок.

Опыление

Опыление - это процесс переноса пыльцы на рыльце пестика, который осуществляется с помощью ветра, воды, насекомых и некоторых других животных. Человек может и сам, целенаправленно, вручную производить опыление растений.

Пыльца на пестик может попадать с других цветков, а может с тычинок этого же цветка.

С помощью ручного опыления можно повышать урожайность и выводить множество новых сортов растений.

Рис. 2. Ручное опыление.

Двойное оплодотворение

После опыления спермии продвигаются в зародышевый мешок. Это происходит с помощью пыльцевой трубки, которая является неполовой клеткой пыльцы. Пыльцевая трубка быстро растёт (35 мм/час) в направлении яйцеклетки, и с ней продвигаются спермии.

Спермии бывают различной формы и не имеют жгутиков. Когда пыльцевая трубка достигает яйцеклетки, один спермий соединяется с ней, а другой с центральной клеткой зародышевого мешка.

В итоге, при двойном оплодотворении у покрытосеменных растений происходит образование следующих клеток:

• первый спермий + яйцеклетка = зигота;
• второй спермий + центральная клетка = эндосперм.

Зигота впоследствии делится и превращается в зародыш. Эндосперм служит для зародыша источником питательных веществ. Вместе, зародыш и эндосперм, образуют семя.

Рис. 3. Схема двойного оплодотворения.

Зародыш

Зародыш покрытосеменных растений - это зачаточный дочерний организм, который находится в семени в состоянии покоя, пока семя не начало прорастать. Набор хромосом у зародыша, как и у зиготы, диплоидный.. Всего получено оценок: 280.

122-01. Какой буквой обозначена часть цветка, участвующая в привлечении насекомых-опылителей?

Ответ

122-02. На рисунке изображена схема строения цветка. Какой буквой обозначена часть цветка, участвующая в половом размножении растений?

Ответ

122-03. У покрытосеменных растений пыльца формируется в
А) венчике
Б) чашечке
В) тычинке
Г) пестике

Ответ

122-04. В какой части цветка расположен зародышевый мешок с яйцеклеткой?
А) в чашечке
Б) в рыльце
В) в пыльнике
Г) в завязи

Ответ

122-05. В приведённой ниже таблице между позициями первого и второго столбца имеется взаимосвязь.

Ответ

122-06. В приведённой ниже таблице между позициями первого и второго столбца имеется взаимосвязь.

Ответ

122-07. Часть цветка, в которой происходит оплодотворение, обозначена буквой

Ответ

122-08. Оплодотворение у цветковых растений называют двойным, так как в его ходе
А) оплодотворяются две женские гаметы
Б) увеличивается размер яйцеклетки в два раза
В) оплодотворяются яйцеклетка и вторичное ядро зародышевого мешка
Г) в оплодотворении участвуют мужская и женская половые клетки

Ответ

122-09. Часть цветка, на которую должна попасть пыльца в процессе опыления, показана буквой

Ответ

122-10. В приведённой ниже таблице между позициями первого и второго столбца имеется взаимосвязь.

Ответ

122-11. В приведённой ниже таблице между позициями первого и второго столбца имеется взаимосвязь.

Ответ

122-12. На рисунке изображена схема строения цветка. Какой буквой обозначена часть цветка, в которой происходит развитие яйцеклеток?

Перенос пыльцы из пыльника на рыльце пестика называется опылением. Различают два вида опыления: перекрестное и самоопыление.

При самоопылении рыльце принимает пыльцу того же цветка либо другого, но той же особи. Возможно опыление в закрытых, нераспустившихся цветках (горох). При перекрестном опылении переносится пыльца от разных особей. Это основной тип опыления цветковых растений (яблоня, ива, огурец и др.).

Перекрестное опыление

Перекрестное опыление осуществляется естественным (насекомыми, птицами, летучими мышами, ветром, водой) и искусственным (производит человек) путями.

Приспособленность растений к опылению ветром проявляется в наличии голых цветков, либо невзрачных, слабо развитых околоцветников. Они лишены нектарников и запаха, пыльцы образуют много, она легкая, сухая, мелкая, рыльца длинные, с большой поверхностью для улавливания пыльцы (рожь, кукуруза).

Приспособленность растений к опылению насекомыми характеризуется яркой окраской венчика, наличием нектарников, запаха (одуванчик, земляника). Пищей для насекомых являются нектар и пыльца. Окраска и запах служат для привлечения опылителей. Иногда цветки обладают запахом, характерным для самок насекомых того же вида. Это привлекает к ним самцов, которые и осуществляют опыление. Эволюция цветковых растений и их опылителей шла параллельно. Это так называемая сопряженная эволюция.

Перекрестное опыление обеспечивает обмен генами, поддерживает высокую гетерозиготность популяций, дает материал для естественного отбора и сохраняет самое выносливое потомство - носителей наиболее благоприятного сочетания генов.

Искусственное опыление

Искусственное опыление производит человек для повышения урожая или получения новых сортов растений. При этом для нанесения пыльцы на рыльце пестика используют разные способы. Так, у кукурузы, имеющей однополые цветы, пыльцу собирают, стряхивая верхушечные метелки мужских цветков в бумажные воронки. Затем собранной пыльцой посыпают выступающие на верхушке початка длинные рыльца женских цветков.

При искусственном опылении подсолнечника стебли двух соседних растений наклоняют так, чтобы можно было прижать цветущую поверхность одной корзинки к другой. Можно переносить пыльцу, поочередно прижимая руку в варежке из мягкой материи к цветущим корзинкам разных растений.

Для получения новых сортов растений с обоеполыми цветками необходима подготовка к искусственному опылению. Прежде всего из цветков растения, избранного в качестве материнского, еще в бутоне удаляют пыльники и защищают эти цветки марлевыми или бумажными мешочками от попадания пыльцы. Через 2-3 дня, когда бутоны раскроются, наносят на рыльца пестиков заготовленную пыльцу другого сорта чистой сухой акварельной кисточкой, мягким поролоном или кусочком резинки, прикрепленными к проволоке.

Двойное оплодотворение у цветковых растений

После опыления происходит процесс оплодотворения, но для этого нужен ряд условий: пыльца должна не только удержаться на рыльце, но и прорасти через столбик, достигнуть семязачатка и обеспечить слияние мужских клеток с женскими.

Двойное оплодотворение характерно для цветковых растений.

Обычно на рыльце попадает множество пыльцевых зерен. Они, как правило, имеют шероховатую поверхность и удерживаются липкой кожицей рыльца. Кроме этого, при попадании совместимой пыльцы клетки рыльца выделяют вещества, стимулирующие ее прорастание.

Начинается прорастание пыльцевых зерен с набухания. Затем через специальные поры (каналы) в наружной оболочке пыльцевого зерна внутренняя выпячивается в тонкую пыльцевую трубку, куда переходят вегетативное ядро и спермин. Пыльцевые трубки всех совместимых зерен, удержавшихся на рыльце пестика, растут по столбику, направляясь к семязачатку. Одна из них обгоняет в росте другие и, достигнув пыльцевхода, проникает через него к зародышевому мешку и здесь изливает в него свое содержимое.

Один из спермиев сливается с яйцеклеткой, а другой - со вторичным ядром центральной диплоидной клетки. Вегетативное ядро разрушается еще до проникновения пыльцевой трубки в зародышевый мешок.

Двойное оплодотворение у цветковых растений открыл русский цитолог и эмбриолог растений С.Г.Навашиным в 1898г.

При наличии в завязи семязачатков в каждом из них происходит вышеописанный процесс двойного оплодотворения. Называется он двойным потому, что сливаются две мужские клетки с двумя клетками женского гаметофита. В дальнейшем после оплодотворения в цветке начинается развитие семени и плода.

Образование семян

После оплодотворения внутри зародышевого мешка начинается быстрое митотическое деление триплоидного вторичного ядра, не имеющего периода покоя. Образуется большое количество ядер, затем между ними возникают, перегородки.

Эти вновь образовавшиеся клетки продолжают деление, заполняя всю полость зародышевого мешка питательной тканью - эндоспермом, который у одних растений полностью расходуется во время развития зародыша (бобовые, тыквенные), а у других - сохраняется в зрелых семенах (злаки). Одновременно происходит разрастание зародышевого мешка и семяпочки.

Формирование зародыша начинается с деления зиготы . После периода покоя зигота делится митотически на две клетки. Верхняя клетка, прилегающая к пыльцевходу, образует подвесок, отодвигающий нижнюю клетку в глубь эндосперма. Подвесок у одних видов растений остается одноклеточным, у других - делится поперечными перегородками и становится многоклеточным. Нижняя клетка разрастается в предзародыш семени сферической формы. Предзародыш делится на 4 клетки двумя перпендикулярными перегородками, затем каждая из этих клеток делится еще на две.

Сначала клетки более или менее однородны. По мере дальнейшего деления происходит дифференцировка клеток на зачаточный корешок, зачаточный стебель, зачаточные листочки (семядоли) и зачаточную почечку, окруженную семядолями. К этому времени семяпочка превращается в семя, ее покровы и остатки эндосперма образуют кожицу семени.

Таким образом, из оплодотворенной диплоидной яйцеклетки формируется зародыш семени, а из вторичной триплоидной клетки - питательная ткань - эндосперм, покровы семязачатка превращаются в покровы семени, а стенка завязи, разрастаясь, образует околоплодник.