Двойное оплодотворение. Сущность двойного оплодотворения Охарактеризуйте процесс двойного оплодотворения у покрытосеменных растений

Домашнее задание к теме «Цветок»

В завязи пестика цветка развиваются семязачатки (их может быть несколько или только один). Зрелый семязачаток состоит из нуцеллуса (мегаспорангий) , в котором развивается женский гаметофит – восьмиядерный зародышевый мешок . Семязачаток прикрепляется к стенке завязи семяножкой. Часть завязи пестика, куда прикрепляется семязачаток, называется плацентой. Снаружи семязачаток покрывают два интегумента (покрова) , не срастающиеся между собой в области пыльцевхода (микропиле). Часть семязачатка, противоположная микропиле, называется халазой (рис. 1). После оплодотворения из семязачатка образуется семя.

Задание 1. Зарисовать семязачаток цветкового растения и сделать обозначения.

Рис. 1. Строение семязачатка цветкового растения:

яйцеклетка + синергиды + антиподы + центральная клетка (2n)

Зародышевый мешок = женский ♀ гаметофит.

Формирование женского и мужского гаметофитов.

Опыление и двойное оплодотворение цветковых растений.

Образование женского гаметофита – зародышевого мешка – происходит следующим образом. После редукционного деления (мейоза) одной из клеток нуцеллуса (археспориальной клетки) образуются четыре гаплоидные мегаспоры. Три мегаспоры вскоре отмирают, а из одной мегаспоры после трех последовательных делений митозом образуется восемь гаплоидных ядер; на их основе формируются клетки: рядом с микропиле – яйцеклетка (женская гамета) и две клетки – синергиды , на противоположном конце семязачатка (в области халазы) – три клетки – антиподы . В центре зародышевого мешка два ядра сливаются – образуется диплоидное центральное ядро (ядро центральной клетки). Так формируется зародышевый мешок – женский гаметофит.

В пыльниках тычинок цветка образуются пыльцевые зерна (пыльца) – мужские гаметофиты. Это происходит следующим образом.В результате редукционного деления диплоидных клеток в гнездах пыльников образуются многочисленные гаплоидные микроспоры. Ядро каждой микроспоры делится митозом с образованиемгенеративной клетки и клетки трубки (сифоногенной клетки). Это и есть пыльцевое зерно. Из генеративной клетки митозом образуются мужские гаметы (гаплоидные половые клетки) – спермии . Спермии не имеют жгутиков: они доставляются к зародышевому мешку и яйцеклетке пыльцевой трубкой, которую образует сифоногенная клетка.

Перенос пыльцы с цветка на цветок (перекрестное опыление ) обычно осуществляется насекомыми (энтомофилия) или ветром (анемофилия) * . После попадания на рыльце пестика цветка пыльца прорастает: из сифоногенной клетки образуется длинная трубка, которая растет от рыльца

* Известны также опыление водой (гидрофилия), птицами (орнитофилия), муравьями (мирмекофилия).

пестика по тканям столбика к завязи и достигает микропиле семязачатка. Кончик пыльцевой трубки несет два спермия.

У цветковых растений наблюдается особое – двойное оплодотворение. Этот процесс впервые описан русским ученым, академиком С.Г. Навашиным в 1898 г.

При двойном оплодотворении один спермий сливается с яйцеклеткой, образуя диплоидную зиготу. Зигота многократно делится митозом, формируя зародыш семени. Второй спермий сливается с диплоидным центральным ядром с образованием триплоидного ядра (3n) , дающего начало многоклеточной триплоидной ткани – эндосперму (3n) . В эндосперме семян откладываются запасные питательные вещества, необходимые при прорастании семени.

Итак, после двойного оплодотворения из зиготы образуется зародыш семени , а триплоидное центральное ядро дает начало триплоидному эндосперму (3n) ; из интегументов (покровов) семязачатка образуется семенная кожура . Из всего семязачатка образуется семя . Синергиды и антиподы обычно разрушаются, питательные вещества нуцеллуса используются при формировании зародыша, иногда из нуцеллуса образуется запасающая ткань – перисперм.

Примерно у 10% видов цветковых растений известно развитие зародыша семени без оплодотворения. Это явление называют апомиксисом .

В этих случаях при образовании зародышевого мешка мейоз не происходит, и все его клетки диплоидны. При апомиксисе зародыш может образоваться из яйцеклетки (партеногенез), из любой другой клетки зародышевого мешка (апогамиия), из клетки нуцеллуса, интегумента, халазы (апоспория) . При апоспории может наблюдаться полиэмбриония – многозародышевость семени.

Растения - они такие загадочные. Ну всё у них не так, как у людей. Даже половые клетки они образуют не мейозом, а митозом, да еще и чередование поколений, да еще и оплодотворение двойное...
Впрочем, обо всём по порядку...

Вспомним строение цветка

У покрытосеменных растений процесс формирования половых клеток состоит из двух этапов: спорогенеза и гаметогенеза. Пыльца образуется в пыльниках тычинок. Микроспорогенез – процесс образования микроспор в микроспорангиях (гнезда пыльника), где в результате митозов возникают материнские клетки пыльцы, которые вступают в мейоз. После двух мейотических делений образуется 4 гаплоидные микроспоры– пыльцевые зерна. Пыльцевое зерно (пылинка) покрыто двумя оболочками. Затем внутри пыльцевого зерна происходит микрогаметогенез (процесс образования мужского гаметофита из микроспоры) – два последовательных митотических деления. В результате первого образуются вегетативная и генеративная клетки, а после второго деления из генеративной клетки образуются два спермия.

Макроспорогенез (процесс формирования мегаспор) происходит в семязачатках, которые расположены в завязи пестика (покрыты). В области микропиле начинает разрастаться одна клетка – мегаспороцит, или материнская клетка мегаспор. В ней происходит мейоз , и образуются 4 гаплоидные клетки. Одна из этих клеток развивается в зародышевый мешок, три остальных разрушаются. Далее начинается макрогаметогенез – формирование женского гаметофита. После трех митотических делений образуется восьмиядерный зародышевый мешок. Ядра в дальнейшем обособляются в самостоятельные клетки. Одна из этих клеток (яйцеклетка) с двумя клетками-синергидами располагается возле микропиле. Синергиды содержат ферменты, которые растворяют оболочку пыльцевой трубки и при необходимости могут заместить яйцеклетку. На противоположной части зародышевого мешка располагаются три клетки-антиподы (передатчики питательных веществ из семяпочки в зародышевый мешок). Две оставшиеся клетки сливаются и образуют крупную центральную диплоидную клетку. Зародышевый мешок имеет покровы.

Процессу оплодотворения предшествует процесс опыления. Попав на рыльце, пыльцевое зерно прорастает в пыльцевую трубку, в которой расположены два неподвижных спермия. Синергиды выделяют ферменты, разрушающие пыльцевую трубку, и ее содержимое изливается рядом с яйцеклеткой. Оплодотворение от воды не зависит. Двойное оплодотворение (С.Г. Навашин, 1898 г.): один спермий сливается с яйцеклеткой (образуется зигота), второй – с диплоидной центральной клеткой, образуя триплоидный эндосперм. Из зиготы далее развивается зародыш, покровы превращаются в семенную кожуру. Развивающееся семя защищено стенками завязи (околоплодник). На месте цветка созревает плод.

Промежуток времени между опылением и оплодотворением у большинства покрытосеменных обычно очень короткий.

Пыльцевое зерно, перенесенное на рыльце пестика тем ли иным способом, прорастая, образует пыльцевую трубку, которая растет внутри столбика. Дойдя до семязачатка, она проникает в зародышевый мешок через пыльцевход.

В растущую пыльцевую трубку из пыльцевого зерна входят ядро сифоногенной клетки и спермагенная клетка. Спермагенная клетка делится, образуя два спермия. Проникнув в зародышевый мешок, пыльцевая трубка изливает свое содержимое вблизи яйцевого аппарата, чаще всего в синергиду, которая при этом разрушается. Другая синергида сохраняется еще некоторое время. Один из спермиев соединяется с яйцеклеткой, образуя зиготу, второй – направляется ко вторичному ядру зародышевого мешка и сливается с ним, образуя триплоидное ядро.

Особенности поведения спермиев внутри зародышевого мешка были впервые описаны С.Г. Навашиным в 1898 г. Он назвал этот процесс двойным оплодотворением .

Деление диплоидного ядра зиготы и триплоидного ядра центральной клетки начинаются либо через несколько часов после оплодотворения, либо спустя несколько дней, недель и даже месяцев. После оплодотворения зародышевый мешок разрастается. Этому способствует приток питательных веществ из нуцеллуса и интегументов. Вместе с этим увеличиваются и размеры семязачатка. Из оплодотворенной яйцеклетки развивается зародыш растения, а триплоидное ядро дает начало эндосперму – запасной питательной ткани .

Однако у некоторых растений нуцеллус сохраняется в зрелом семени, превращаясь в запасающую ткань - перисперм, лежащий под кожурой семени.

5. Развитее и строение семени и плода.

Зрелое семя состоит из:

1. зародыша,

2. запасающих тканей (эндосперма и перисперма),

3. семенной кожуры.

Дифференцированный зародыш имеет зачатки всех вегетативных органов будущего растения: зародышевый корень, гипокотиль семядоли.

У двудольных растений семядоли чаще всего две. Для однодольных характерна одна семядоля. У двудольных конус нарастания побега располагается между двумя семядолями, у однодольных он смещен в бок.

Морфологические типы семян .

Типы семян в зависимости от развития запасающих тканей:

1. Семена с эндоспермом (пшеница, кукуруза).

2. Семена без эндосперма (горох, фасоль, тыква, подсолнечник). Запасы питательных веществ сосредоточены в семядолях зародышей.

3. Семена с эндоспермом и периспермом (кувшинка, кубышка, черный перец).

4. Семена с перисперм (гвоздика, лебеда, шпинат).

Таким образом, запасные питательные вещества в семенах могут быть либо вне зародыша, в специальных запасающих тканях (эндосперм и перисперм), либо в самом зародыше (в его семядолях). У подавляющего большинства цветковых растений эндосперм в зрелом семени имеется.

Для того чтобы семена могли прорасти, необходимы благоприятные условия увлажнения, аэрации и температуры . Температура, при которой происходит прорастание семян, у северных растений ниже, чем у южных, особенно тропических видов. Семена пшеницы, например, могут прорастать при 0...+ 1 0 С, между тем для прорастания семян кукурузы необходима температура не ниже +12° С. Минимальная температура, необходимая для прорастания семян дыни и особенно семян многих тропических растений, например пальм, составляет +20 и даже + 25° С.

Прорастанию семени предшествует его набухание - процесс, связанный с поглощением большого количества воды и обводнением тканей семени.

В результате усиленного питания начинают расти все органы зародыша. Первым обычно прорывает кожуру и выступает наружу из микропилярного отверстия зародышевый корешок, дающий начало главному корню. Вслед за ним трогается в рост верхушечная почечка, формируя главный побег растения. Так зародыш превращается в проросток, развитие которого длится до появления первого срединного листа.

Строение плода.

Плод – это репродуктивный орган покрытосеменных растений, обеспечивающий семенное размножение. Плод развивается из цветка (из завязи пестика), после оплодотворения. Из стенки завязи пестика формируется околоплодник – перикарпий, который состоит из трех слоев экзокарпий,мезокарпий , эндокарпий.

Если в образовании плода принимала участие только завязь пестика, то он называется настоящим плодом . Так, например, у вишни, сливы, томата плоды будут настоящими, потому, что образованы только из завязи пестика.

У некоторых растений в образовании плода кроме пестика принимает участие цветоложе (огурец, тыква) или цветоложе и цветочная трубка (яблоня, груша). Такие плоды называются ложными. Таким образом, ложными называются плоды, в образовании которых принимает участие не только завязь пестика, но и другие части цветка (цветоложе, цветочная трубка, чашечка).

У некоторых растений плод развивается не из одного цветка, а из нескольких цветков, так или иначе сросшихся между собой. Плоды, образованные из пестиков нескольких цветков, а иногда целого соцветия, называются соплодиями . Соплодие образуется у шелковицы, инжира, ананаса, свеклы. Рассмотрите строение этих соплодий. Соплодия свеклы называются – клубочки. Жесткая часть клубочка – это разросшиеся одревесневшие околоплодники нескольких цветков, внутри них помещаются семена.

Строение плода тесно связано со строением гинецея. Из гинецея, характеризующегося одним пестиком в цветке, образуется простой плод . К простым плодам относятся костянка (вишня), боб (горох), зерновка (пшеница) и др.

Из гинецея характеризующегося несколькими не сросшимися пестиками в цветке, формируется сложный или сборный плод . К сложным плодам относятся сборная семянка или многосемянка (лапчатка, лютик), сборный орешек или многоорешек (адонис, земляника), сборная листовка (водосбор, пион), сборная костянка (малина, ежевика).

По строению околоплодника все плоды делятся на сочные и сухие. В сочных хорошо развит мезокарпий. В сухих плодах мезокарпий не развит. Они бывают односемянные (содержат одно семя) и многосемянные (содержат много семян).

Классификация плодов

Существует несколько классификаций плодов основанных на морфогенетических и эволюционных признаках. В целом они достаточно сложны и трудно применимы. Поэтому рассмотрим искусственную классификацию плодов, основанную главным образом на признаках внешней морфологии.

I. Простые, сухие, односемянные, ореховидные плоды.

Все эти плоды являются невскрывающимися.

Зерновка – это плод, у которого кожистый околоплодник срастается с семенной кожурой (рожь, пшеница, кукуруза).

Семянка – это плод, имеющий кожистый околоплодник, не срастающийся с семенной кожурой (подсолнечник, василек, астра).

Крылатка – плод с кожистым околоплодником, разрастающимся в крылатые придатки (вяз, береза).

Орех – плод с твердым деревянистым околоплодником (лещина).

Желудь – это плод с менее жестким околоплодником, чем у ореха и имеет одревесневшую плюску чашевидной формы (дуб, бук).

Зарисуйте в тетради эти плоды, запишите их определения и приведите примеры растений, у которых они образуются.

II. Простые, сухие, многосемянные, коробочковидные плоды.

Это плоды, вскрывающиеся при созревании.

Листовка – одногнездный плод, образовавшийся из одного плодолистика, вскрывается по одному шву (живокость полевая).

Боб – одногнездный плод, образованный из одного плодолистика, вскрывается по двум швам (горох, фасоль, соя).

Стручок – двугнездный плод, образовавшийся из двух плодолистиков. Семена прикрепляются не к створкам (как у боба), а к пленчатой перегородке. Вскрывается двумя швами. Длина стручка более чем в 4 раза превышает ширину (капуста, горчица).

Стручочек – плод, отличающийся от стручка тем, что длина его равна ширине или превышает ее не более чем в три раза (ярутка, пастушья сумка).

Коробочка - это одногнездный или многогнездный плод, образованный несколькими плодолистиками. Вскрываемся разнообразными способами: крышечкой – у белены, зубчиками – у гвоздичных, растрескиванием по створкам – у хлопчатника, дурмана.

У некоторых видов растений многосемянные сухие плоды могут распадаться на отдельные односемянные членики. Такие плоды называются дробными . Примером могут служить дробный орешек или четырехорешек – у растений семейства губоцветные, бурачниковые, дробная крылатка у клена, дробный стручок – у редьки, дробный боб – у копеечника.

III. Простые, сочные плоды.

Костянка – односменной плод, у которого экзокарпий тонкий, мезокарпий сочини, а эндокарпий твердый, деревянистый. Плод костянка образуется у вишни, сливы, абрикоса, персика, черешни.

Ягода – многосемянной плод, у которого мезокарпий и эндокарпий сочные, а экзокарпий кожистый (виноград, смородина, томат, картофель, паслен).

Тыквина – ложный плод, образованный из нижней завязи пестика. Мезокарпий и эндокарпий сочные. Экзокарпий твердый, иногда деревянистый (тыква, огурец, дыня).

Яблоко – ложный плод, образованный из нижней завязи пестика. Мякоть плода состоит из разросшегося цветоложа и экзокарпия и мезокарпия, эндокарпий хрящеватый, пергаментный или деревянистый (яблоня, груша, айва, рябина, боярышник).

Померанец или гесперидий – плод, у которого экзокарпий толстый, богатый эфирными маслами, ярко окрашенный. Мезокарпий – рыхлая белая безвкусная ткань. Эндокарпий сочный и состоит из богатых клеточным соком волосков мандарин, апельсин, грейпфрут, лимон и др.).

Похожая информация.

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.

Семя с зародышем созревает, в эндосперме накапливаются питательные вещества. Завязь пестика разрастается и превращается в плод.

Что мы узнали?

Изучая в 6 классе половое размножение покрытосеменных, мы должны понимать какие особенности характерны для этих растений. Главная особенность покрытосеменных - это наличие цветка. В цветке образуются и развиваются гаметы. Покрытосеменные размножаются семенами. Семя образуется в результате полового процесса, который у цветковых заканчивается двойным оплодотворением.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.2 . Всего получено оценок: 379.

Вопросы внутри параграфа: Какие преимущества имеют покрытосеменные перед голосеменными?

Стр. 90. Вопросы и задания после §

1. Что представляет собой гаметофит у разных групп высших растений?

У высших растений половые клетки формируются на гаметофите – гаплоидном поколении, развивающемся из споры. У мхов (сфагнум, кукушкин лен) гаметофит представлен листостебельным растением, у папоротников и семенных растений гаметофит слабо развит и недолговечен. Так, у папоротников, из споры вырастает заросток. Заросток не расчленен на органы, имеет ризоид (примитивные корневые волоски), позднее на нем формируются половые клетки. У моховидных и папоротниковидных половое размножение тесно связано с водой: только при наличии воды сперматозоиды продвигаются к яйцеклетке. У семенных гаметофит сильно редуцирован, например, семенные растения, имеют раздельнополые гаметофиты, которые развиваются из разных спор. Микроспоры дают начало мужскому гаметофиту, мегаспоры – женскому. У цветковых растений мужской гаметофит представлен пыльцевым зерном, созревающим в пыльнике тычинки, и формируются из микроспор. При созревании в пыльцевом зерне образуются две клетки – генеративная и вегетативная. Женский гаметофит, развивающийся из мегаспоры, представляю собой зародышевый мешок, расположенный внутри семязачатка. В нем происходит ряд делений – в результате образуется шесть гаплоидных клеток, среди которых яйцеклетка и одно двойное центральное ядро.

2. Объясните значение терминов «спорофит», «двойное оплодотворение».

Спорофит – это диплоидное поколение высших растений, образующееся при объединении генетических материалов женской и мужской гамет. На спорофите образуются споры. Двойное оплодотворение – это тип оплодотворения высших цветковых растений, в котором участвуют два спермия, один с которых оплодотворяет яйцеклетку, второй - диплоидное центральное яро.

3. Как осуществляется процесс двойного оплодотворения у цветковых растений?

В результате опыления – переноса пыльцы из пыльников на рыльце пестика, пыльцевое зерно – пылинка, начинает прорастать. При участии вегетативной клетки формируется пыльцевая трубка, по которой движется генеративная клетка. Она дает начало двум мужским гаметам спермиям. Спермий – безжгутиковый сперматозоид, не способный к активному движению. Пыльцевая трубка продвигается вниз к завязи и врастает в зародышевый мешок в области пыльцевхода. После этого кончика трубки разрывается и два спермия попадает внутрь зародышевого мешка. Одни из них сливается с яйцеклеткой, образуя зиготу, а другой – с центральным ядром, формируя триплоидное ядро центральной клетки. Из зиготы развивается зародыш с диплоидным набором хромосом, из триплоидной клетки – эндосперм (питательная ткань семени). Из покровов семязачатка закладывается кожура семени, а из стенок завязи – околоплодник. Таким образом, цветок – это укороченный спороносный побег, служащий для образования спор и гамет, для опыления и оплодотворения, после которого образуются плоды и семена.

4. Какую роль играет двойное оплодотворение в размножении цветковых растений?

Благодаря двойному оплодотворению зародыш цветкового растения получает запас питательных веществ, которые расходуют при прорастании. Околоплодник защищает семена и способствует лучшему их прорастанию. Биологический смысл двойного оплодотворения весьма велик. В отличие от голосеменных, триплоидный эндосперм образуется лишь в случае оплодотворения. С учетом гигантского числа поколений этим достигается существенная экономия энергетических ресурсов. Увеличение уровня плоидности эндосперма до 3n способствует более быстрому росту ткани по сравнению с диплоидными тканями спорофита

5. Почему гаметофит называют половым поколением, а спорофит – бесполым в жизненном цикле разных групп высших растений?

Гаметофит – это гаплоидная многоклеточная стадия в жизненном цикле растений и водорослей, развивающаяся из спор и производящая половые клетки (гаметы), а споры образуются в результате репродуктивного деления (мейоза) и всегда гаплоидны, то есть содержат одинарный гаплоидный набор хромосом. Спорофит – это диплоидное поколение высших растений, образующееся при объединении генетических материалов женской и мужской гамет.