диплоидная стадия доминирует в цикле развития растений каких
Диплоидная стадия доминирует в цикле развития растений каких
Какие ткани и органы позвоночного животного образуются из клеток, обозначенных на рисунке цифрой 1?
3) ногтевые пластинки
4) соединительная ткань
5) кожный эпидермис
6) гладкая мышечная ткань
На рисунки цифрой 1 обозначен наружный зародышевый листок — эктодерма.
Эктодерма формирует эпителиальные и нервную ткани.
Из эпителиальной ткани эктодермального происхождения развиваются: эпидермис кожи и его производные (ногти, волосы, сальные и потовые железы, эмаль зубов), из нервной ткани — органы нервной системы.
Бесполое размножение характеризуется тем, что
1) потомство имеет гены только материнского организма
2) потомство генетически отличается от родительского организма
3) в образовании потомства участвует одна особь
4) в потомстве происходит расщепление признаков
5) потомство развивается из неоплодотворённой яйцеклетки
6) новая особь развивается из соматических клеток
(1) потомство имеет гены только материнского организма — бесполое размножение, а также некоторые виды полового размножения (партеногенез, гиногенез);
(2) потомство генетически отличается от родительского организма — половое размножение;
(3) в образовании потомства участвует одна особь — бесполое размножение;
(4) в потомстве происходит расщепление признаков — половое размножение;
(5) потомство развивается из неоплодотворённой яйцеклетки — половое размножение;
(6) новая особь развивается из соматических клеток — бесполое размножение.
Чередование поколений у растений: диплоидная (спорофит) и гаплоидная (гаметофит) фазы
Растениям свойственно биологическое явление, называемое чередованием поколений. Чередование поколений описывает жизненный цикл растения, как оно изменяется между половой и бесполой фазами (поколениями). Половая фаза растений, производящая гаметы, или половые клетки называется поколение гаметофит. Бесполая фаза образует споры и называется поколение спорофит. Каждое поколение развивается от другого, продолжая циклический процесс. Протисты, включая водоросли также проявляют такой тип жизненного цикла.
Размножение растений и животных
Растения и некоторые животные способны размножатся как бесполым, так и половым путем. При бесполом размножении потомство является точной копией родителя. Разные типы бесполого размножения, обычно встречающиеся у обоих растений и животных, включают партеногенез (потомство развивается из неоплодотворенного яйца), почкование (потомство развивается, через почку на теле родителя), а также фрагментация (потомство развивается из части или фрагмента родителя). Половое размножение включает в себя объединение гаплоидных клеток (клеток, содержащих только один набор хромосом), чтобы образовать диплоидные клетки (содержащую два набора хромосом).
У многоклеточных животных жизненный цикл состоит из одного поколения. Диплоидный организм вырабатывает гаплоидные половые клетки посредством мейоза. Все остальные клетки тела диплоидные и продуцируются митозом. Новый диплоидный организм создается путем слияния мужских и женских половых клеток во время оплодотворения. У диплоидных организмов нет чередования поколений между гаплоидной и диплоидной фазами.
В растительных многоклеточных организмах жизненные циклы варьируются между диплоидными и гаплоидными фазами. В диплоидной (спорофитной) фазе продуцируются гаплоидные споры через мейоз. По мере развития гаплоидных спор через митоз, умноженные клетки образуют гаплоидную структуру гаметофитов. Гаметофит представляет собой гаплоидную фазу цикла. После созревания гаметофит производит мужские и женские гаметы (половые клетки). Когда гаплоидные гаметы объединяются, они образуют диплоидную зиготу. Зигота развивается через митоз, образуя новый спорофит. Таким образом, в отличие от животных, растительные организмы могут чередоваться между диплоидными (спорофитами) и гаплоидными (гаметофитными) поколениями.
Сосудистые и несосудистые растения
Чередование поколений наблюдается как у сосудистых, так и несосудистых растений. Сосудистые растения содержат систему сосудистой ткани, которая транспортирует воду и питательные вещества по всему телу растения. Несосудистые растения не имеют такой системы и нуждаются во влажных местах обитания для выживания. К ним относятся мхи, антоцеротовидные и печёночные мхи. Эти растения выглядят как зеленые маты растительности с выступающими из них стебельками. Первичной фазой жизненного цикла несосудистых растений является генерация гаметофитов. Фаза гаметофит состоит из зеленой мшистой растительности, а фаза спорофит состоит из удлиненных стеблей со спорангиями на концах.
Первичной фазой жизненного цикла сосудистых растений является генерация спорофитов. В сосудистых растениях, которые не производят семена, такие как папоротники и хвощи, поколения спорофитов и гаметофитов независимы. Например, у папоротников ветвь с листьями представляют собой зрелое диплоидное образование спорофитов. Спорангии на нижней стороне листьев вырабатывают гаплоидные споры, которые прорастают для образования гаплоидных гаметофитов папоротника (проталлий). Эти растения процветают во влажных условиях, так как вода необходима для оплодотворения.
Сосудистые растения, которые производят семена, не всегда зависят от влажных сред обитания для размножения. Семена защищают развивающиеся эмбрионы. Как в цветковых, так и в нецветковых растениях (хвойных) генерация гаметофитов полностью зависит от доминирующих поколений спорофит. В цветущих растениях репродуктивная структура – цветок. Цветок производит как мужские микроспоры, так и женские мегаспоры.
Сами микроспоры содержатся в пыльце и вырабатываются в тычинке растения, развиваясь в мужские половые клетки. Женские мегаспоры производятся в пестики растений и развиваются в женские гаметы. Во время опыления пыльца переносится ветром, насекомыми или другими животными в женскую часть цветка. Мужские и женские гаметы объединяются и развиваются в семя, а завязь образует плод. У хвойных, пыльца производится в мужских шишках, а в женских шишках после оплодотворение формируется зародыш.
Жизненные циклы растений
Жизненные циклы растений часто вызывают много вопросов и сложностей у школьников. Они запутаны из-за многочисленных фаз и стадий и редко бывают понятны с первого раза. В этой статье мы постарались представить основные этапы жизни растений, которые помогут разобраться в их циклах развития. Материал будет полезен школьникам при подготовке к ЕГЭ и олимпиадам. Время прочтения
Жизненный цикл растений складывается из последовательно чередующихся фаз, отмечающих важнейшие состояния организма – зарождение, развитие и размножение. В жизненных циклах высших растений выделяют две стадии, различающиеся по набору хромосом в клетках, – гаплоидную стадию с одним набором (n) и диплоидную — с двумя (2n). Подробнее о хромосомах и генетических законах можно найти в статьях «Как решать задачи по генетике? Часть I и Часть II»
Гаплоидная фаза жизненного цикла растений называется гаметофитом, диплоидная — спорофитом. Продолжительность этих стадий варьируется у представителей различных групп живых организмов.
Спорофит — диплоидная стадия, которая развивается из зиготы. Гаметофит, в свою очередь, имеет один набор хромосом и является гаплоидным. Как же так получилось? Название «спорофит» даёт нам подсказку — из него образуются споры с одинарным набором хромосом (n), которые дают начало новому организму (гаметофиту) без оплодотворения (бесполое размножение), то есть без удвоения числа хромосом. Гаметофит путём митоза продуцирует ♀ и ♂ гаметы также с одним набором хромосом (n), которые в дальнейшем сольются в зиготу для начала диплоидного организма (половое размножение). Так цикл замыкается и начинается вновь.
Преобладание гаметофита имеется только в жизненном цикле мхов, у которых спорофит лишь «надстройка» над гаметофитом. А у большинства высших растений спорофит живет самостоятельно и является главной жизненной формой: все папоротники, деревья, травы — спорофиты.
Жизненный цикл мхов отличается регрессивным развитием спорофита и преобладанием гаметофита в виде зелёного фотосинтезирующего растения. Гаметы образуются на нём в половых органах гаметангиях: ♂ гаметангий называется антеридием, ♀– архегонием.
При слиянии сперматозоидов с яйцеклеткой из двух гаплоидных наборов образуется диплоидный набор, необходимый для развития спорофита. У мхов он располагается прямо на гаметофите и представлен коробочкой на ножке, в которой образуются споры. Он практически лишен хлорофилла и на всё время своего существования остается прикрепленным к гаметофиту, питаясь за его счёт. При формировании спор происходит редукционное деление клеток, то есть мейоз, и каждая образовавшаяся гаплоидная спора прорастает в гаплоидный гаметофит.
Папоротники, хвощи и плауны
В жизненном цикле папоротников спорофит – это привычное всем растение с раскидистыми зелёными вайями, а гаметофит — небольшой заросток. При высыхании спорангия его стенка разрывается и споры высыпаются наружу, давая начало зелёному фотосинтезирующему заростку с ризоидами.
На нижней стороне заростка образуются гаметангии, а в них — гаметы. Антеридии (♂) содержат сперматогенную ткань, окруженную эпидермальными клетками, а колбовидные архегонии (♀) состоят из «шейки» и «брюшка», в котором развивается единственная яйцеклетка. Высвобождаясь из антеридия, спирально закрученные и с множеством жгутиков сперматозоиды проникают через «шейку» архегония к яйцеклетке. Один из них её оплодотворяет, и зигота прорастает внутри архегония. Развивающийся из неё молодой спорофит некоторое время сидит на заростке, но вскоре образует собственные корни и зелёные листья.
В жизненных циклах хвощей ситуация с доминированием спорофита аналогична: спорофит — это сам хвощ, а гаметофит — маленький пластинчатый заросток.
Споры (n) высыпаются из спорангиев и прорастают в заросток — гаметофит (n). Образующиеся из спор гаметофиты раздельнополы, на одних развиваются антеридии (♂) со сперматозоилами, на других архегонии (♀) с яйцеклетками. Во влажной среде подвижный сперматозоид (n) достигает яйцеклетки (n) в архегонии, оплодотворят её, в результате чего образуя зиготу (2n). Из зиготы развивается спорофит (2n), у которого в спорангии материнские клетки (2n) делятся мейозом, образуя споры (n).
У плаунов гаметофит зачастую подземный, бесцветный и неспособный фотосинтезировать, а спорофит — зеленый, пушистый и ветвящийся.
На спорофите материнские клетки (2n) внутри спорангиев делятся мейозом, образуя гаплоидные споры (n). Споры рассеиваются во внешнюю среду и также дают начало заростоку — гаметофиту (n) с антеридиями (♂) и архегониями (♀).
Необычно, что ♂ и ♀ гаметофиты развиваются под оболочками спор и только после созревания разрывают оболочку споры. Из антеридия во внешнюю среду выходит сперматозоид.
Голосеменные растения
К голосеменным относятся семенные растения, у которых спорофит, то есть взрослое растение, резко дифференцировано на корень и побег: стебель, боковые ветви и листья. Гаметофит голосеменных сильно редуцирован и не существует как самостоятельное растение. Тогда как образуется зигота, если как такового гаметофита у голосеменных нет? Разберемся подробнее и заглянем поглубже в… шишки.
На спорофите (2n) созревают мужские шишки с микроспорами (n), дающие начало ♂ гаметофиту (пыльцевому зерну), а на женских шишках в семязачатках формируются мегаспоры — развитие будующего ♀ гаметофита (зародышевого мешка). Созревшая пыльца высыпается из пыльников наружу и доставляется ветром к женской шишке.
По пыльцевой трубке, образованной самим пыльцевым зерном, пыльца попадает внутрь семязачатка, где происходит оплодотворение, после чего начинается формирование семени. Семена открыто лежат в шишках на семенных чешуях, поэтому эти растения относят к отделу Голосеменных.
У сосны обыкновенной семена созревают к осени на второй год после опыления. К этому моменту женские шишки увеличиваются до 6 см, переходя от зелёной к коричневой окраске. Чешуйки расходятся и семена высыпаются, давая начало новому спорофиту и замыкая цикл.
Цветковые (покрытосеменные) растения
В жизненном цикле цветковых растений преобладает диплоидный спорофит, а гаметофит редуцирован до развивающихся в пыльниках пыльцевых зёрен (♂ гаметофит) и находящегося в завязи пестика зародышевого мешка (♀ гаметофит). Цикл развития цветковых можно разделить на 4 этапа.
1) Формирование ♂ гаметофита происходит в пыльцевых гнёздах пыльника. В них из каждой диплоидной клетки (2n) в результате мейоза образуются четыре споры (n). При делении митозом из споры образуются две клетки: крупная вегетативная (2n) и мелкая генеративная (n). Пыльцевое зерно из двух клеток — это ♂ гаметофит. При прорастании вегетативной клетки пыльцевого зерна в пыльцевую трубку в ходе оплодотворения из генеративной клетки образуется два спермия — ♂ гаметы (n).
2) Формирование ♀ гаметофита происходит в семяпочках. После мейоза образуются четыре споры (n), три из которых отмирают. Ядро споры три раза делится митозом, и формируется восьмиклеточный зародышевый мешок — ♀ гаметофит.
3) Перенос пыльцы с тычинок на пестики происходит либо самоопылением, либо перекрёстным опылением. Пыльца попадает на рыльце пестика. Вегетативная клетка образует пыльцевую трубку и достигает зародышевого мешка. На этом этапе начинается стадия, свойственная только цветковым растениям — двойное оплодотворение, открытое Навашиным Сергеем Гавриловичем.
Суть двойного оплодотворения в том, что генеративная клетка на конце пыльцевой трубки делится на два спермия: один сливается с яйцеклеткой и образует зиготу (2n), из которой развивается зародыш семени; а второй сливается с центральной клеткой (2n), формируя триплоидную клетку, развивающуюся в запасающую питательную ткань с уникальным тройным набором хромосом — эндосперм (3n).
4) Семена образуются из семяпочек: сколько семяпочек было оплодотворено, столько образуется семян. Стенка плода формируется из стенок завязи.
У цветковых, как и у голосеменных растений, ♀ гаметофит скрыт внутри семязачатка и ни на каком отрезке жизненного цикла не существует автономно. А вот ♂ гаметофит стал микроскопическим пыльцевым зерном. Пыльца — это множество ♂ гаметофитов, покрытых прочной оболочкой.
Итого
Разобрав жизненные циклы разных отделов растений, можно выделить основные отличия среди их фаз и стадий.
Стоит отметить, что семя появилось у семенных папоротников ещё в девоне, задолго до развития цветка. Переход к семенному размножению связан с рядом эволюционных преимуществ: диплоидный зародыш в семенах защищен наличием покровов и обеспечен пищей, а семена могут распространяться животными. Эти преимущества способствовали широкому распространению семенных растений.
Все известные нам травы, кустарники и деревья — это спорофиты. Именно они в основном образуют растительный покров Земли. В процессе эволюции растений происходила постепенная редукция гаметофита и развитие спорофита, кроме, как уже говорилось, единственной группы — мохообразных.
Жизненные циклы различных отделов царства растений. Материал для подготовки к ГИА
Данный материал содержит описание и схемы жизненных циклов растений. Материал может быть использован при подготовке к ГИА
Просмотр содержимого документа
«Жизненные циклы различных отделов царства растений. Материал для подготовки к ГИА»
Жизненные циклы различных групп растений.
Спорофит — диплоидная (2n) многоклеточная фаза, развивающаяся из оплодотворенной яйцеклетки (зиготы) и производящая гаплоидные (1n) споры.
Споры растений — микроскопические зачатки низших и высших растений, служащие для их размножения и (или) сохранения при неблагоприятных условиях. Представляют собой одноклеточные или состоящие из нескольких клеток образования.
Гаметофит — гаплоидная (1n) многоклеточная фаза, развивающаяся из спор и производящая половые клетки, или гаметы. Соответственно, существуют мужской и женский гаметофиты.
В жизненном цикле растений можно проследить чередование бесполого и полового поколения.
У водорослей встречается вегетативное, бесполое и половое размножение.
Вегетативное размножение может осуществляться как простым разделением многоклеточного организма (фрагменты нитей Spirogyra (спирогира) или колонии (Synura) на несколько частей), так и при помощи специализированных органов. Например, бурые водоросли из порядка сфацеляриевых имеют для этой цели специальные выводковые веточки, а водоросли из порядка харовых — клубеньки на ризоидах.
Бесполое размножение водорослей осуществляется при помощи подвижных зооспор или неподвижных апланоспор. При этом протопласт клетки-спорангия делится на части и продукты деления выходят из её оболочки. Особь, на которой формируются спорангии, называют спорофитом. Часто подвижные или неподвижные споры имеют специальные названия. Например, апланоспоры, приобретающие форму материнской клетки, находясь внутри неё, называются автоспорами, а если апланоспора одевается толстой оболочкой и впадает в состояние покоя, то это гипноспора; зооспоры, утратившие жгутики, но сохранившие сократительные вакуоли и глазок, будут называться гемизооспорами.
Половое размножение. При половом размножении происходит попарное слияние гаплоидных клеток с образованием диплоидной зиготы. У водорослей есть несколько вариантов полового процесса: изогамия — слияние двух одинаковых по форме и размеру подвижных гамет; гетерогамия — слияние двух подвижных гамет одинаковых по форме, но разных по размеру; оогамия — слияние крупной неподвижной яйцеклетки с мелким подвижным сперматозоидом. Клетки, в которых образуются гаметы, называются гаметангии, а сами растения с гаметангиями — гаметофитами. Гаметангии бывают двух типов: образующие многочисленные сперматозоиды — антеридии и образующие одну или несколько яйцеклеток оогонии. Также половое размножение в некоторых группах водорослей может осуществляться и без образования гамет. Например, если сливаются две подвижные одноклеточные водоросли, то это хологамия; слияние протопластов двух неподвижных гаплоидных вегетативных клеток с образованием зиготы — конъюгация. Если гаметофиты и спорофиты в жизненном цикле водоросли имеют выраженные морфологические различия, то это называется гетероморфная смена форм развития, а если они морфологически не отличаются, то изоморфная смена форм развития. Также гаметофиты могут быть однодомными (обоеполыми) — на одной особи развиваются и мужские, и женские гаметы, или двудомными (раздельнополыми) — мужские гаметы — на одних особях, а женские — на других.
Типы жизненных циклов зеленых водорослей
Жизненные циклы зеленых водорослей сложны и разнообразны, пластичны и детерминируются многими экологическими факторами, но все они могут быть разбиты на две группы
жизненные циклы водорослей, не имеющих полового процесса.
жизненные циклы водорослей, имеющих половой процесс.
В первом случае в цикле развития водорослей происходит только вегетативное и (или) собственно бесполое размножение. Например, хлорелла.
Во втором случае всегда имеет место мейоз и выделяют следующие жизненные циклы:
гаплобионтный (гаплофазный) жизненный цикл гаплобионтов (гаплонтов) с зиготическим (начальным) мейозом, (жизненный цикл с зиготическим мейозом). Гаплоидная фаза доминирует.
Гаплоидными стадиями являются протопласты, выполняющие роль гамет, проросток, взрослый организм, споры, которые он образует. Диплоидна только зигота.
Диплобионтный (диплофазный) жизненный цикл диплобионтов (диплонтов) с гаметическим (гаметным, конечным) мейозом (жизненный цикл с гаметическим мейозом). Диплоидная фаза доминирует. Диплоидными стадиями являются взрослый организм, споры, которые он образует, зигота. Гаплоидны только гаметы. Примером могут служить часть сифонофициевых, протококковых. Например, пресноводная водоросль кладофора.
Гаплодиплобионтный (гаплодиплофазный) жизненный цикл гаплодиплобионтов (гаплодиплонтов).
А. со спорическим (промежуточным) мейозом, (жизненный цикл со спорическим мейозом).
Гаплоидными стадиями являются гаметофит, гаметы, мейотические споры (зооспоры, апланоспоры). Диплоидными стадиями являются спорофит, зигота.
Всегда имеет место чередование поколений – диплоидного спорофита (бесполого поколения) и гаплоидного гаметофита (полового поколения).
Изоморфное чередование поколений – чередование поколений, морфологически неразличимых (ульва, морские виды улотрикса, морские виды кладофоры).
Гетероморфное чередование поколений – чередование поколений, различимых морфологически. В этом случае различают
– циклы с доминированием гаметофита (пресноводные улотриксы, многие хетофоровые),
– циклы с доминированием спорофита (такой цикл у зеленых очень редкий. Например, халицистис(n)-дербезия(2n)).
Б) с соматическим мейозом (жизненный цикл с соматическим мейозом).
Мейоз идет в соматических клетках диплоидного растения, которое может само размножаться диплоидными спорами. В результате мейоза не образуется спор, которые бы проросли в гаметофит. Гаметофит вырастает из верхней части 2n-таллома (Prasiola). Возникают дибионты.
Гаплоидными являются верхняя часть дибионта, гаметы. Диплоидными являются нижняя часть дибионта, зигота, митотические споры, которыми размножается дибионт до соматического мейоза.
При бесполом размножении хламидомонада:
Останавливается. Теряет жгутики.
Её содержимое делится на 4 части.
Каждая часть образует жгутики и собственную оболочку.
Образовалось 4 клетки-споры или зооспоры, выполняющие функцию расселения.
Оболочка материнской клетки разрывается, и маленькие хламидомонады выплывают в воду.
Поплавав в воде некоторое время, клетки дорастают до размеров материнской особи и вновь приступают к бесполому размножению.
При половом размножении хламидомонады:
В материнской клетке образуются двужгутиковые гаметы.
Выходят из оболочки материнской клетки.
Сливаются попарно с другими особями.
Образуется зигота, покрытая плотной оболочкой и зимует.
Весной благоприятные условия дают возможность зиготе делиться. В результате чего образуются 4 хламидомонады.
Молодые хламидомонады питаются, растут до материнских размеров.
Таким образом размножение хламидомонады происходит:
При бесполом размножении – при помощи зооспор.
При половом размножении – при помощи двужгутиковых гамет.
В жизненных циклах большинства высших растений чаще всего спорофит преобладает. Почему? В чем его преимущества?
Во-первых, в наземной среде более изменчивые условия, поэтому диплоидный организм легче сохраняет рецессивные признаки, которые в изменяющихся условиях могут оказаться необходимыми для выживания.
Во-вторых, передвижение гамет осуществляется в водной среде, споровые растения еще не приспособились для распространения в наземной среде.
Смена поколений у высших растений.
Женский половой орган у высших растений называется архегоний и представляет из себя кувшинчик, на дне которого прячется яйцеклетка.
Рассмотрим жизненный цикл развития различных отделов высших растений.
Жизненный цикл Моховидных на примере Кукушкина льна.
У мхов в цикле развития преобладает половое поколение (n). Листостебельные растения мхов – раздельнополые гаметофиты (n). На мужских растениях (n) формируются антеридии (n) со сперматозоидами (n), на женских (n) – архегонии (n) с яйцеклетками (n).
Как у всех мхов, у кукушкина льна в жизненном цикле преобладает гаметофит. Стебель, листья – все, что мы видим у кукушкина льна – а также ризоиды, и есть его гаметофит (настоящие стебли и листья у кукушкина льна отсутствуют, так как у них отсутствуют проводящие ткани).
Мужские половые органы – антеридии – развиваются на одних побегах кукушкина льна, женские – архегонии – на других. Подобные растения (не только мхи) принято называть двудомными. Созревшие сперматозоиды должны попасть к яйцеклеткам. А для этого нужна вода, хотя бы дождевая.
После оплодотворения из яйцеклетки вырастет растение нового поколения – спорофит. Уже с двойным, диплоидным набором хромосом в клетках. Спорофит мхов живет за счет гаметофита, и называют его спорогоном. У кукушкина льна это ножка с коробочкой – спорангием на конце. Понятно, что вырастает спорогон только на женских растениях.
Созревшие споры разносит ветер. Часть из них прорастет. И с зеленой ниточки начнется жизнь нового растения в вечном круговороте жизни.
Великолепно размножается мох и вегетативно – приживаются даже небольшие участки побега.
Жизненный цикл развития плаунов.
Спорофит плауна булавовидного – многолетнее вечнозеленое растение, преобладает в цикле развития. В своем составе имеет стелющийся дихотомически разветвленный стебель, покрытый спирально расположенными маленькими ланцетно-линейными листочками и закрепленный в почве дихотомически разветвленными корнями. Стеблевые побеги заканчиваются верхушечными почками или спороносными колосками (стробилами).
Спороносные колоски на длинных ножках состоят из оси, на которой спирально расположены спороносные листья (спорофиллы) со спорангиями с верхней (дорсальной) стороны. После редукционного (мейотического) деления материнских диплоидных клеток образуются гаплоидные споры.
Споры покрыты двойной оболочкой (эндо- и экзоспорием) и содержат до 50% масла. После созревания споры рассеиваются и в благоприятных условиях прорастают.
Развитие гаметофита (заростка) из спор происходит медленно в течение 12-20 лет. Он образует ризоиды, которыми закрепляется в почве и поглощает воду, а также вступает в симбиоз с мицелием гриба. Заросток развивается в почве без доступа света, поэтому не имеет хлоропластов, однако если он выходит на поверхность, они образуются. Гаметофит двуполый и напоминает луковицу, позже разрастается до 2-3 см в диаметре, и имеет блюдцеобразную форму. Антеридии и архегонии размещены рядом на верхней стороне и погружены в паренхимную ткань. Антеридии овальной формы, архегонии – колбообразные. В брюшной части архегониев содержится яйцеклетка и брюшная канальцевая клетка, в шейке – шейные канальцевые клетки. Для перемещения сперматозоидов с антеридиев к яйцеклеткам архегониев необходима вода. Заплывая в шейку архегония, сперматозоид движется в брюшко архегония, где сливается с яйцеклеткой, образуя зиготу – первую диплоидную клетку спорофита.
Зародыш – молодой спорофит, медленно развивается на гаметофите, получая из него необходимые питательные вещества. Когда корни зародыша прорастают в почву, он отсоединяется от гаметофита и разрастается во взрослое растение. При постепенном созревании архегониев на гаметофите в них могут образовываться и развиваться несколько разновозрастных спорофитов одновременно.
Схема развития плауна
с
поры
Обоеполый гаметофит в почве
Жизненный цикл развития хвощей.
В цикле развития хвоща полевого преобладает спорофит – взрослое, многолетнее растение, состоящее из корневища (1), закрепленного в почве придаточными корнями.
Весной из почек корневища на поверхность почвы вырастает спороносный, бесхлорофилльный вертикальный побег (стебель) с мутовчатым расположением редуцированных (маленьких) листьев, заканчивающийся спороносным колоском (стробилом) (3). Сам спороносный колосок в своем строении имеет ось, на которой размещены зонтиковидные спороносные листья (щитки на ножках) – спорофиллы (4). С нижней стороны спорофиллов, обращенной к оси стробила, находится от 5 до 10 спорангиев (5). В спорангиях в результате редукционного деления мейозом клеток спорогенной ткани (2n) образуются гаплоидные, морфологически одинаковые, но разнополые споры (мужские и обоеполые) (6). Оболочки спор имеют специальные выросты – элатеры, которые скручены спирально вокруг спор во влажном состоянии, а при подсыхании разворачиваются. Это позволяет спорам цепляться друг за друга и распространяться группами.
После созревания спор спороносные листья стробила размыкаются, спорангии лопаются и споры разносятся ветром. Вследствие содержания в спорах хлоропластов они быстро (в течение 3-х недель) теряют всхожесть.
Попадая на увлажненный илистый грунт, группы спор прорастают в хлорофиллоносные гаметофиты в виде лопастных пластинок, закрепляющихся в субстрате ризоидами. Гаметофиты достигают половой зрелости через 3-5 недель после прорастания. На мужских гаметофитах (8), меньшего размера, образуются антеридии – мужские гаметангии, в которых образуются многожгутиковые сперматозоиды. На двуполых гаметофитах, более рассеченной формы, архегонии (женские гаметангии) развиваются раньше антеридиев, что увеличивает вероятность перекрестного оплодотворения. Для достижения сперматозоидами яйцеклеток, находящихся в архегониях, необходима вода. На одном гаметофите могут быть оплодотворены сразу несколько яйцеклеток, из которых в дальнейшем развиваются зародыши, есть молодые спорофиты (14).
Зародыши крепятся стопой к животику архегония и получают из гаметофита необходимые питательные вещества для развития, формируя зачаточный корешок, стебель и почку. После формирования, зародышевый корешок начинает расти, закрепляется в почве и молодой спорофит отсоединяется от гаметофита, который через некоторое время отмирает. После спороношения весенние (спороносные) побеги отмирают и из почек корневища вырастают зеленые ассимиляционные побеги (2).
Ассимиляционные побеги имеют вертикальный стебель с мутовчатым расположением на нем боковых ветвей и листьев под ними. Они выполняют функцию образования органических соединений в процессе фотосинтеза и накопления их в корневище. В конце вегетационного периода ассимиляционные побеги отмирают, остается корневище, которое зимует в почве.
Жизненный цикл развития папоротника.
Спорангии находятся на нижней стороне листа, собраны кучками (сорусы). Сверху сорусы прикрыты покрывальцем (кольцо). Споры рассеиваются при разрыве стенки спорангия, а кольцо, оторвавшись от тонкостенных клеток, ведёт себя подобно пружине. Число спор на одном растении достигает десятков, сотен миллионов, иногда миллиардов. Из огромного количества спор, которые образуются на листьях папоротника, только очень малое их количество попадает в благоприятные для них условия, и тогда они дают новую жизнь молодым растениям.
Благоприятными факторами для спор считаются влага, тепло и свет.
На влажной почве споры прорастают в маленькую зелёную сердцеобразную пластинку величиной несколько миллиметров. Это заросток (гаметофит). Он располагается почти горизонтально к поверхности земли, прикрепляясь к ней ризоидами. Заросток обоеполый. На нижней стороне заростка образуются женские и мужские половые органы (мужские – антеридии, женские – архегонии). Оплодотворение растения происходит только при высокой влажности воздуха и наличии воды на поверхности маленького растения, ведь сперматозоиды гаметофита могут передвигаться только по воде от антеридий к архегониям.
Мужские гаметы – сперматозоиды подплывают к яйцеклеткам, проникают внутрь и гаметы сливаются. Происходит оплодотворение, в результате чего образуется зигота (оплодотворённая яйцеклетка).
Развитие спорофита начинается после оплодотворения. Из оплодотворённой яйцеклетки формируется зародыш спорофита, состоящий из гаустории – ножки, которой он врастает в ткани заростка и потребляет из него питательные вещества, зародышевого корешка, почки, первого листа зародыша. Со временем из заростка развивается растение папоротник.
Таким образом, гаметофит папоротников существует независимо от спорофита и приспособлен к обитанию в условиях увлажнения.
Спорофитом является всё растение, которое вырастает из зиготы – типичное сухопутное растение.
Некоторые виды папоротников размножаются вегетативным способом, т.е. выводными почками на листьях растения, а вообще цикл развития папоротника достаточно интересен и требует особого изучения у заинтересовавшихся этим растением.
Жизненный цикл голосеменных на примере сосны обыкновенной.
Сосна размножается при помощи семян. В жизненном цикле семенных растений полностью преобладает спорофит (2n).
В цикле развития голосеменных наблюдается последовательная смена двух поколений — спорофита и гаметофита — с господством спорофита. Гаметофиты сильно редуцированы, причем мужские гаметофиты не имеют антеридиев.
Чередование поколений у голосеменных рассмотрим у однодомного растения — сосны обыкновенной.
Женские шишки состоят из оси и семенных чешуй, на верхней стороне которых развивается по 2 семязачатка. Семязачаток состоит из нуцеллуса, покрытого интегументом, в котором имеется отверстие – микропиле. Внутри нуцеллуса путем мейоза образуются 4 мегаспоры, 3 из них отмирают, а одна прорастает в женский гаметофит – зародышевый мешок, в котором образуются 2 яйцеклетки.
Мужские шишки после производства пыльцы быстро засыхают и опадают с ветвей. Пыльцевое зерно содержит мужской гаметофит, состоящий из двух клеток – вегетативной и генеративной. Опыление происходит с помощью ветра в начале лета. Пыльца прилипает к капле клейкой жидкости, которая выделяется в области микропиле, вегетативная клетка начинает удлиняться в пыльцевую трубку, чешуи женских шишек смыкаются.
В начале весны происходит оплодотворение: генеративная клетка делится с образованием двух спермиев, которые движутся по пыльцевой трубке и сливаются с яйцеклетками. Одна из двух зигот отмирает, а другая развивается в зародыш нового спорофита. Женский гаметофит превращается в гаплоидный эндосперм (запасающую ткань), интегумент превращается в семенную кожуру, таким образом, семязачаток превращается в семя. Зимой третьего по счету года семена высыпаются из шишек.
В каждой чешуйке шишки есть по два семени, которые лежат там открыто. Поэтому сосна относится к голосеменных. Как же образуются семена у сосны? Весной на молодых ветвях этого растения заметно маленькие шишечки. Одни из них зеленовато — желтые (женские шишки) и собраны тесными группами у основания молодых побегов. Другие — красноватые, одиночные (мужские — стробилы). Каждая шишка состоит из оси и чешуек (спорофилив). (Демонстрация соответствующих фотографий).
На чешуе зеленых шишек развиваются по два пыльцевые мешочки.
В них созревает пыльца. Оболочка каждого пила имеет два пузырьки, заполненные воздухом. Такие пилы ветер разносит на значительные расстояния.
Красные шишки размещены на тех же деревьях, и зеленовато — желтые. Но они находятся на верхушках молодых ветвей. На чешуе красноватых шишек развиваются семенные зачатки, по два на чешуе.
Созрев, пыльца высыпается, и его подхватывает ветер. Опыление осуществит то пыльца, перенесется на шишковходы семенных зачатков. После опыления семенных зачатков чешуи красноватых шишек замыкаются и склеиваются смолой. В пыльцы образуются мужские гаметы, а в семенных зачатках — женские. Оплодотворение происходит в семенных зачатках закрытых шишек. Из зиготы развивается зародыш, а из всего семенного зачатка — семя; шишки растут и деревенеют. Сначала они зеленые, а затем коричневые.
Семена у сосны созревают через полтора года после опыления, а высыпается из шишек почти через два года. В семенах голосеменных растений являются ткань, содержащая запас питательных веществ. Эта ткань окружает зародыш.
Семена сосны имеет пленчатые крылышки, благодаря которым оно распространяется ветром. Но у семян некоторых сосен крылышек нет. Семена сосны сибирской («кедровой сосны») называют кедровыми орешками. Вопрос к ученикам: объясните, какие ошибки допущены в названии «кедровые орешки».
Жизненный цикл покрытосеменных растений.
В жизненном цикле цветковых растений все еще сохраняется чередование поколений. Поскольку гаметофитное поколение почти исчезло и уже не представлено свободноживущей особью, было бы трудно заметить, что чередование поколений имеет место, если бы не возможность провести сравнение с более примитивными предками. Жизненный цикл цветкового растения складывается из бесполого размножения доминирующего спорофита (цветковое растение как таковое) и полового размножения гаметофита.
Особенность полового размножения — двойное оплодотворение.
В тычинках и плодолистиках происходит важный процесс — мейоз, завершающийся образованием гаплоидных клеток и полового поколения растения — гаметофита, имеющего одиночный набор хромосом. В тычинках (мужском органе) в результате мейоза образуются гаплоидные микроспоры, развивающиеся в мужской гаметофит (пыльцевое зерно); в завязи (женском органе), формирующейся из одного или нескольких плодолистиков, в процессе мейоза образуется гаплоидная мегаспора, развивающаяся в женский гаметофит (зародышевый мешок). Мужской и женский гаметофиты в конечном счете дают начало половым клеткам, т. е. спермию и яйцеклетке. Спермий по пыльцевой трубке проникает в семязачаток и оплодотворяет яйцеклетку. В результате слияния двух половых клеток восстанавливается бесполое поколение — спорофит, имеющий двойной набор хромосом.
Так как плодолистик это мегаспорофилл (лист, на котором образуются мегаспорангии), то теперь можно на нем найти мегаспорангий. Семяпочка? Не совсем. Мегаспорангий у Покрытосеменных покрыт двумя оболочками, которые называются интегументы. Сам мегаспорангий называется нуцеллус.
Разбор типовых заданий
Объяснение: Соматическим клеткам характерен диплоидный набор хромосом, при этом каждая хромосома состоит из 1 молекулы ДНК. Перед мейозом в синтетический период интерфазы происходит удвоение числа молекул ДНК. Набор хромосом при этом не изменяется. Следовательно, в клетках семязачатка перед началом мейоза будет содержаться 28 хромосом и 56 молекул ДНК. В анафазе мейоза 1 к полюсам расходятся гомологичные хромосомы, каждая из которых состоит из двух молекул ДНК. В телофазе мейоза 1 происходит цитокинез – деление цитоплазмы, в результате образуются 2 клетки набор хромосом в которых 14, ДНК – 28. Перед вторым делением удвоение ДНК не происходит, в анафазе мейоза 2 к полюсам расходятся хроматиды, каждая из которых становится самостоятельной хромосомой; после деления цитоплазмы, в конце телофазы мейоза 2 в клетках будет содержаться 14 хромосом и 14 молекул ДНК.
Объяснение: Клетки эндосперма триплоидный (3n). Мейозом делятся диплоидные клетки (2n), набор хромосом 21 : 3 х 2 = 14. В интерфазе происходит удвоение молекул ДНК, следовательно, в интерфазе клетка содержит 14 хромосом, 28 молекул ДНК. В анафазе мейоза 1 к полюсам расходятся гомологичные хромосомы, каждая из которых состоит из двух молекул ДНК. В телофазе мейоза 1 происходит цитокинез – деление цитоплазмы, в результате образуются 2 клетки с гаплоидным набором хромосом, равным 7, ДНК – 14. Перед вторым делением удвоение ДНК не происходит, в анафазе мейоза 2 к полюсам расходятся хроматиды, каждая из которых становится самостоятельной хромосомой; после деления цитоплазмы, в конце телофазы мейоза 2 в клетках будет содержаться 7 хромосом и 7 молекул ДНК.
Объяснение: Клетки зародыша характеризуются диплоидным набором хромосом, так как зародыш образуется из зиготы, которая образуется путём слияния двух гаплоидных клеток, путём митоза. Эндосперм семени образуется в результате слияния гаплоидного спермия и диплоидной центральной клетки зародышевого мешка и имеет триплоидный набор хромосом. Все клетки вегетативных органов имеют диплоидный набор, так как образуются путём митоза из диплоидных клеток зародыша, следовательно клетки листа имеют диплоидный набор хромосом.
Клетки пыльцевого зерна и спермии сосны имеют гаплоидный набор хромосом. Клетки спорофита сосны имеют диплоидный набор хромосом, делятся мейозом и образуют гаплоидные споры. Споры делятся митозом и образуют клетки пыльцевого зерна. Генеративная клетка пыльцевого зерна снова делится митозом и образует гаплоидные спермии.
Объяснение: Гаплоидные микроспоры пыльцевого зерна делятся митозом и образуют две гаплоидные клетки: вегетативную и генеративную. Генеративная клетка делится митозом и образует два гаплоидных спермия. Во время двойного оплодотворения один спермий (n) сливается с диплоидной центральной клеткой и образуется триплоидная клетка, которая делится митозом и образует эндосперм (3n).
Объяснение: Гаметы мха кукушкин лён образуются на гаплоидных гаметофитах путём митоза и поэтому имеют гаплоидный набор хромосом.
Споры кукушкина льна образуются из диплоидных клеток спорофита (коробочка) путём мейоза, поэтому споры мха имеют гаплоидный набор хромосом.
Объяснение: Гаплоидный набор хромосом характерен для гамет. Лист гороха – вегетативный орган, следовательно, все клетки его имеют диплоидный (двойной) набор хромосом 7 х 2 = 14.
Зародыш образуется из зиготы путём митоза. Зигота образуется путём слияния двух гаплоидных гамет, следовательно, зародыш имеет диплоидный набор 7 х 2 = 14 хромосом.
В семядолях содержится запас питательных веществ, клетки семядолей образовались путём слияния гаплоидного спермия и диплоидной центральной клетки и имеют триплоидный набор 7 х 3 = 21 хромосом.
Объяснение: Для эндосперма характерен триплоидный набор хромосом – 24 хромосомы. Перед митозом в интерфазе происходит удвоение молекул ДНК, таким образом, каждая хромосома перед митозом состоит из двух хроматид. В анафазе митоза хроматиды расходятся к полюсам и становятся самостоятельными хромосомами, значит в анафазе митоза в клетках эндосперма лука содержится 48 хромосом.