Як відбувається запилення та запліднення у квіткових рослин. Процес запліднення Що розвивається із заплідненої клітини рослини

Механізм запліднення було відкрито цитологом та ембріологом С.Г. Навашин (1898г).

Освіта чоловічого та жіночого гаметофітів.

У вищих насіннєвих рослин відзначений лише один тип статевого процесу – оогамія. Крім того, у них в результаті поєднання безстатевого розмноження зі статевим утворюються особливі зачатки - насіння, за допомогою якого відбувається розселення рослин.

У покритонасінних рослин органом розмноження є квітка.

Чоловічий гаметофіт-пилкове зерно.Тичинка складається з тичинкової нитки та пильовика.

Кожен пильовик утворений двома половинками, в яких розвивається по дві пилкові камери (гнізда) - мікроспорангії. У гніздах молодого пильовика є особливі диплоїдні клітини. мікроспороцити, чи материнські клітини мікроспор. Кожен мікроспороцит зазнає мейозу і утворює чотири мікроспори. Тут же, всередині пилкового гнізда, мікроспора збільшується в розмірах, ядро її ділиться мітотично, і утворюється - вегетативне ядро ​​та генеративна клітина. Клітина ділиться мітозом і утворюється 2 спермія. На поверхні колишньої мікроспориутворюється міцна целюлозна оболонка з кількома округлими порами,крізь які зрештою проростають пилкові трубки. В результаті цих процесів кожна мікроспора перетворюється на пилкове. зерно (пилок) -чоловічий гаметофіт квіткових рослин.

У однодольних рослинв пилковому зерні, що знаходиться в пильовику, генеративна клітина ділиться мітотично з подальшим утворенням двох нерухомих чоловічих гамет - сперміїв.

У дводольнихосвіта сперміїв відбувається пізніше, коли пилок потрапляє на рильце маточка. Таким чином, зріле пилкове зерно складається з двох(вегетативної та генеративної) або з трьох (вегетативної та двох сперміїв) клітин.

Освіта жіночого гаметофіту (зародковий мішок)відбувається в сім'язачатці (насінні), що знаходиться всередині зав'язі маточка. Насіння зачаток - це видозмінений мегаспорангій (нуцеллус), захищений покривами (інтегументами). Покриви на верхівці не зростаються і утворюють вузький канал - пилковхід

(Мікропілі). У нуцеллусі, поблизу пилківходу, починає розвиватися диплоїдна клітина. макроспороцит. Він ділиться меотично,даючи чотири гаплоїдні макро- або мегаспори, зазвичай розташовані лінійно.Три мегаспори невдовзі руйнуються, а четверта, найбільш віддалена від пилку, розвивається в зародковий мішок.

Зародковий мішок росте, його ядро ​​тричі ділиться мітотично, у результаті утворюється вісім дочірніх ядер. Вони розташовуються по чотири дві групи-поблизу, пилковхода зародкового мішка і на протилежному полюсі. Потім від кожного полюса відходить, але одному ядру до центру зародкового мішка. Це звані полярні ядра. Надалі вони можуть зливатись, перетворюючись на одне центральне, або вторинне диплоїдне ядро ​​(або їх злиття відбувається пізніше, при заплідненні). Інші шість ядер, по три на кожному полюсі, поділяються тонкими клітинними перегородками. При цьому на полюсі у пилків входу утворюється яйцевий апарат, що складається з яйцеклітини та двох клітин-синергідів. На протилежному полюсі виникають звані клітини-антиподи, які певний час беруть участь у доставці до клітин зародкового мішка поживних речовин, та був зникають. Така восьмиядерна семиклітинна структура – ​​зародковий мішок – є зрілим жіночим гаметофітом, готовим до запліднення. Утворення пилку та зародкового мішка у більшості рослин завершується одночасно.

Запліднення.

Потрапивши на рильце маточки, пилкове зерно починає проростати. З вегетативної клітини розвивається довга пилкова трубка, що доростає по тканинах стовпчика до зав'язі і далі. до сім'язачатка.З генеративної клітини до цього моменту утворюються два спермія,які спускаються у пилкову трубку. Зростання пилкового трубки стимулюють ауксини,вироблювані маточками, а до зав'язі вона прямує в результаті хемотропізму. Пилкова трубка входить в сім'язачаток через пилок, її ядро ​​руйнується, а кінчик трубки при зіткненні з оболонкою зародкового мішка розривається, звільняючи чоловічі гамети. Спермії проникають у зародковий мішок у синергіду або в щілину між яйцеклітиною та центральним ядром. Незабаром після входження пилкової трубки в зародковий мішок синергіди та антиподи відмирають.

Після цього один із сперміїв запліднює яйцеклітину. В результаті утворюється диплоїдна зигота, з якої розвивається зародок нового рослинного організму. Другий спермій зливається з двома полярними ядрами (або центральним диплоїдним ядром), утворюючи триплоїднуклітину, з якої згодом виникає живильна тканина. Ендосперм. У його клітинах міститься запас поживних речовин, необхідні розвитку зародка рослини.

>>Запліднення у квіткових рослин

Отримуючи із довкілля все необхідне життя, квіткові рослини ростуть, цвітуть і утворюють плоди з насінням. Щоб зав'язався плід і розвинулося насіння, має статися запилення, а після нього – запліднення.

Заплідненням називають злиття двох статевих клітин – гамет. У квіткових рослин чоловічі гамети – спермії – дуже дрібні. Жіночі гамети - яйцеклітини - набагато більші за спермії.

При запиленні порошинки, або пилкові зерна, потрапляють на приймочки. Зовні пилкові зерна різних рослиндуже різноманітні, у багатьох рослин вони мають форму маленьких кульок. Кожне пилкове зерно одягнене оболонкою, поверхня якої рідко гладка; частіше вона нерівна і покрита шипиками, бородавочками, виростами у вигляді сіточки. 3 . Це допомагає пилковим зернам утримуватися на тілі. комахи-запилювачаі на рильці.

На поверхні рильця виділяється липка рідина, що утримує пилок. Тут порошинка проростає у довгу, дуже тонку пилкову трубку. Пилкова трубка спочатку росте між клітинами приймочки, потім - стовпчика і нарешті вростає в порожнину зав'язі.

У порожнині зав'язі знаходяться сім'язачатки (насінини). Число сім'язачатків у зав'язях різних рослин по-різному. У пшениці, ячменю, жита, вишні зав'язь містить лише один сім'язачаток, V бавовнику - кілька десятків а у маку їх кількість досягає кількох тисяч.

У міру зростання пилкової трубки по ній з пилкового зерна переміщуються дві Клітини, що мають великі ядра. Це спермін. Вони весь час знаходяться біля зростаючого кінчика пилкової трубки 94 .

Насіннєзачатки розвиваються на внутрішніх сторонах стінок зав'язі і, як усі частини рослини, складаються з клітин. Кожен сім'язачаток одягнений покривом, у якому на вершині сім'язачатка.

У цій тканині, що складається з дрібних клітин із тонкими оболонками, розвивається група щодо великих клітин. Серед них ближче до пилку входу знаходиться яйцеклітина. Кінчик пилкової трубки вростає в сім'язачаток. Яйцеклітина зливається з одним із сперміїв. Відбувається запліднення.

Другий спермін зливається з найбільшою із групи клітин сім'язачатка. Таким чином, у квіткових рослин при заплідненні відбувається два злиття: перший спермій зливається з яйцеклітиною, другий – з великою центральною клітиною. Цей процес відкрив 1898 р. російський ботанік, академік З. Р. Навашин і назвав його подвійним заплідненням.

1. Що таке запилення?
2. Що називають заплідненням?
3. Де знаходяться сім'язачатки?
4. Скільки сім'язачатків буває у зав'язях різних рослин?
5. Де знаходиться яйцеклітина?
6. Як відбувається запліднення у квіткових рослин?

Корчагіна В. А., Біологія: Рослини, бактерії, гриби, лишайники: Навч. для 6 кл. середовищ. шк. - 24-те вид. - М: Просвітництво, 2003. - 256 с.:іл.

Календарно-тематичне планування з біології, відеоз біології онлайн , Біологія в школі

Зміст уроку конспект урокуопорний каркас презентація уроку акселеративні методи інтерактивні технології Практика завдання та вправи самоперевірка практикуми, тренінги, кейси, квести домашні завдання риторичні питання від учнів Ілюстрації аудіо-, відеокліпи та мультимедіафотографії, картинки графіки, таблиці, схеми гумор, анекдоти, приколи, комікси притчі, приказки, кросворди, цитати Доповнення рефератистатті фішки для допитливих шпаргалки підручники основні та додаткові словник термінів інші Удосконалення підручників та уроківвиправлення помилок у підручникуоновлення фрагмента у підручнику елементи новаторства на уроці заміна застарілих знань новими Тільки для вчителів ідеальні урокикалендарний план на рік методичні рекомендації програми обговорення Інтегровані уроки

Запліднення– процес злиття двох статевих клітин (чоловічої та жіночої). Внаслідок запліднення утворюється зигота, що дає початок новому організму Пилкове зерно, потрапивши на рильце пестика, проростає і за допомогою пилкової трубки досягає зав'язі та насіннєвого зачатку. При цьому оболонка зародкового мішка розчиняється після контакту з кінчиком пилкової трубки, яка теж розривається, і з неї виходять два спермія. Один спермій зливається з яйцеклітиною - і утворюється диплоїдна зигота, З якої потім розвивається зародок насіння. Інший, зливаючись із вторинним ядром центральної клітини, утворює триплоїдну клітину, з якої розвивається ендосперм насіння(його, на відміну ендосперму голонасінних, називають вторинним). Відбувається так зване подвійне запліднення. Саме таке запліднення є характерною особливістю покритонасінних рослин. Відкрито професором С.Г. Навашиним в 1898 р. у голонасінних запліднюється лише одна яйцеклітина і ендосперм має гаплоїдний набір хромосом.

НАСІННЯ

Насінняформується із насіннєвого зачатку в результаті процесу подвійного запліднення. Воно складається із зародка та запасних поживних речовин, захищених насіннєвою шкіркою. Зародокрозвивається із зиготи і є продуктом статевого процесу. За формою може бути прямим, зігнутим, спіральним, підковоподібним. В основному зародок складається з освітніх тканин. У ньому розрізняють зародковий корінець і стеблинка, до якого прикріплюються сім'ядолі- Перше зародкове листя. Верхівка стеблини закінчується ниркою. Запасні поживні речовинивідкладаються у різних частинах насіння, наприклад, у злаків – в ендоспермі, у бобових – у сім'ядолях. Насіннєва шкіркаформується з інтегументів (частина сім'япочки у насіннєвих рослин, що оточує нуцеллус (центральна частина семяпочки)) насіннєвого зачатку, буває – одно-, дво- та багатошаровою. Головна функція насіннєвої шкірки – захист зародка від ушкоджень, проникнення мікроорганізмів, надмірного висихання та передчасного проростання. Зовні на насінні помітні рубчик(місце від'єднання насіння від насіннєвої ніжки) та сім'явхід(Мікропілярний отвір).

Насіння квіткових рослин відрізняється за формою, характером поверхні, забарвленням, розмірами.

Будова насіння одно- та дводольних рослин неоднакова. Головною відмінністю є наявність двох сім'ядолей у зародку дводольних рослин та однієї – у однодольних.

Частина насіння	Пшениця – однодольна рослина	Квасоля – дводольна рослина
Зародок	Складається з корінця, стеблинки, нирки та однієї сім'ядолі (щитка), що щільно прилягає до ендосперму та має вигляд тонкої платівки. Крізь щиток поживні речовини від ендосперму припадають до зародка	Складається з корінця, стеблинки, нирки та двох великих м'ясистих сім'ядолів, які містять значний запас поживних речовин.
Ендосперм	Займає більшу частину зернівки. У його клітинах знаходяться запасні поживні речовини, переважно крохмаль	Відсутня, він повністю витрачався під час формування зародка
Покров	Зовні насіння вкрите насіннєвою шкіркою, яка зростається з оплоднем	Зовні насіння вкрите насіннєвою шкіркою

Хімічний склад насіння:

Вода - 12-14% маси сухої речовини; у процесі дозрівання насіння вміст води поступово зменшується;

Органічні речовини – 82-84%; білки, жири, вуглеводи (у насінні злаків переважають вуглеводи, у бобових більше білків, а насіння соняшнику, льону чи маку характеризується високим вмістом олії);

Мінеральні речовини-1,5-5,5%;

Хімічний склад насіння залежить від умов середовища: родючості ґрунту, зволоження, кількості тепла.

Плід

Плід має оплодок, в якому може бути одне або кілька насіння. Він захищає насіння від механічних пошкоджень, висихання, дії високих та низьких температур. Після дозрівання плода у більшості рослин оплодок розкривається і насіння розкидається. За цією ознакою розрізняють плоди, що розкриваються і нерозкриваються.

Навколоплодник складається з трьох шарів. Зовнішній шар екзокарпій, утворюється з епідерми зав'язі Його поверхня часто вкрита кутикулою, волосками різних типів. Внутрішній шар оплодня – ендокарпійу кісточкових порід (сливу, персик, вишня та ін) перетворюється на масивне товстостінне утворення (кістку). Середній шар – мезокарпій- Часто розростається, стає м'ясистим і соковитим, і формуються соковиті плоди, м'якоть яких містить багато розчинних цукрів (сливу, виноград) або олії (маслина). Усі три шари іноді разом називають перикарпієм. У сухих плодів шари оплодня в основному зростаються в одне ціле.

Характерною ознакою хлорофілоносних клітин екзокарпія соковитих плодів є поступове перетворення одних типів пластид на інші, що можна спостерігати, наприклад, у помідорів, горобини та у плодів інших рослин, коли вони із зелених стають спочатку білуватими (хлоропласти перетворюються на лейкопласти) і при дозріванні набувають або червоний колір (утворюються хромопласти). В інших рослин колір плодів змінюється внаслідок синтезу інших пігментів (антоціани, флавоноїди).

Різноманітність плодів: плоди соковиті та сухі, прості та збірні, супліддя.

За вмістом води в оплодніку розрізняють плоди сухі та соковиті, а за кількістю насіння в них – однонасінні та багатонасінні. Крім того, плоди розрізняються за їх походженням. Простим є плід, який розвивається з квітки з одним маточкою. Збірний (складний) плід формується з квітки з кількома маточками. Супліддя утворюється із суцвіття.

Багатонасінні сухі плоди (боб, стручок, стручочок, коробочка) при дозріванні розкриваються - що розкриваютьсячим забезпечують краще розкидання насіння.

Боб (квасоля, горох, дереза) – одногніздний плід, що розкривається від вершка до основи двома кірками по двох швах. Насіння в ньому прикріплюється до лусок біля черевного шва.

Стручок (капуста, хрін) і стручочок (пастуша сумка) – двогніздний плід, що розкривається від основи до вершка двома кірками, між якими є плівчаста перегородка з насінням. Короткий стручок, довжина якого не більше ширини або перевищує її небагато, називається стручочком.

Коробочка – плід, що має вигляд коробочки, яка закривається кришечкою (белена), отворами (мак), зубцями (цвяхові), стулками (дурман). Коробочка може бути одно-і багатогніздною. У деяких видів какао коробочки зовсім не розкриваються, насіння з них вивільняється, коли гниє оплодок. Такі коробочки, що не розкриваються сухі ягоди.

До плодів, що не розкриваються, належать горіх або горішок з твердим дерев'янистим оплоднем (ліщина), сім'янка - зі шкірястим оплоднем (астрові), зернівка - З шкірястим оплоднем, який щільно зрісся з насінням (злаки). Насіння і горішки з оплоднем у вигляді розширеного перетинчастого додатка називають крилатками (В'яз, ясен, граб, береза). Жолудь (дуб) має твердий одревеснілий навколоплідник, який зрісся з насінням і покритий плюскою, яка походить від безплідних квіток суцвіття.

Соковиті плоди – ягода, кістянка, яблуко, гарбуз, помаранець. Ягода – це соковиті оплодня, зовнішня частина якого в деяких рослин може бути шкірястою або навіть жорсткою. Насіння в ягодах буває від одного (виноград, смородина, брусниця, чорниця) до кількох. Костянка – це однонасінний соковитий плід, що не розкривається, з твердим ендокарпієм (терн, черемха, вишня, абрикос). У деяких видів (мигдаль) мезокарпій сухий, шкірястий. Такі кістянки називаються сухими . Яблуко – плід, у якого мезокарпій утворюється з тканин квітколожа, що розрісся, а насіння оточене хрящовим ендокарпієм (яблуко, груша, горобина). Гарбуз - Плід, зовнішній шар навколоплідника якого твердий, а насіння знаходиться в соковитому м'якуші (диня, гарбуз, кавун). Лимон, апельсин, грейпфрут мають плід, який називається померанцем , або гесперидієм , і утворюється внаслідок зрощення кількох плодолистків. Зовнішній суцільний шар оплодня потовщений. У ньому є залізисті утворення, які виробляють ефірні олії. Середній шар оплодня білий, волокнистий, внутрішній - роздільний, соковитий, м'ясистий.

До збірним плодам належить збірна сім'янка , характерна для полуниці. На соковитому опуклому розквітлому квітколожі містяться численні дрібні сім'янки. Збірним плодом є також гіпантій , або збірний горішок , - Усередині соковитого розкішного келихоподібного квітколожа лежить багато сухих плодів-горішків (шипшина). Збірна кістянка у малини, ожини - на білому сухому опуклому конічному квітколожі, що розрісся, знаходяться соковиті плоди кістянки. Супліддя - це сукупність плодів одного суцвіття, які зрослися навколоплідниками соковитими (шовковиця, ананас) або сухими (буряк).

Поширення плодів та насіння

Поширення плодів та насіння – одна з важливих пристосувальних особливостей рослин, набута у процесі їх еволюційного розвитку.

Анемохорія (Повітряними потоками) – один із найпоширеніших способів розселення рослин. Пристосування у рослин: незначна маса плодів і насіння 9у орхідей), наявність на них волосків (у тополі, кульбаби), крилаті вирости (у ясеня, берези, клена), життєва форма «перекотиполе».

Гідрохорія (водою) – у водних, прибережних та болотяних рослин (стрілолист, деякі пальми, осока) плоди та насіння переносяться морськими течіями, річками, струмками, дощовими потоками. Пристосування: незмочування насіння водою, наявність роздутих виростів, заповнених повітрям.

Зоохорія (тваринами) – орнітохорія (птахами), заурохорія (плазунами), іхтіохорія (рибами), ентомохорія (комахами) і, мирмекохорія (мурахами). Пристосування: липкі плоди та насіння (у омели, лілії), наявність прищіпок у вигляді шипів або гачків (у лопуха, дикої моркви), соковитість, яскраве забарвлення плодів (у черешні, горобини), поживні придатки, що приваблюють ).

Антропохорія (Людиною) - виконує одну з провідних ролей у розселенні рослин на планеті (сільськогосподарська діяльність).

Автохорія (Самостійно). Пристосування: розтріскування плодів (у люпину, чини), "вистрілювання" слизової рідини з насінням (у "шаленого" огірка), наявність довгих остистих придатків, завдяки яким плоди ніби вкручуються в землю (у ковили).

Проростання насіння

Проростанням називають перехід насіння зі стану спокою до вегетативного зростання зародка та формування з нього проростка. Насіння деяких рослин проростає відразу або незабаром після дозрівання. У багатьох деревних порід та лісових трав'янистих рослин воно має тривалий період глибокого спокою і проростає лише через рік, два або більше після опадання. Період спокою насіння дуже важливий виживання рослин, т.к. є механізмом, що забезпечує проростання лише за сприятливих для подальшого розвитку рослини умов. Наприклад, багато рослин помірної зони проростання стимулюється низькими зимовими температурами. В одних рослин зміна швидко втрачає схожість (у верб і тополі), а в інших зберігає її протягом декількох років (у овочевих культур, хлібних злаків), дуже довго зберігає схожість насіння багатьох бур'янів.

Для проростання насіння необхідне оптимальне поєднання температури, вологості та вільного доступу кисню. Більшість рослин проростає у темряві, на світлі.

Оптимальна температура– для кожного виду рослин характерний свій температурний оптимум, у якому проростає насіння.

Вологість– процес проростання починається з поглинання насінням великої кількості води. Вода проникає через пилковхід і насіннєву шкірку і зумовлює набухання насіння. Одночасно з поглинанням води посилюється дихання та активізуються ферменти, під впливом яких починається переведення поживних речовин у розчинний стан. Вони використовуються для зростання зародка.

Вільний доступ до повітря– необхідний забезпечення процесу інтенсивного дихання зволоженого насіння.

Під час проростання першим з'являється зародковий корінець, який закріплює рослину в ґрунті і починає самостійно всмоктувати воду та розчинені в ній мінеральні речовини, необхідні для подальшого розвитку зародка (гетеротрофний тип харчування). За рахунок посиленого росту та поділу клітин зародок перетворюється на проросток. Деякий час він розвивається, поглинаючи поживні речовини з ендосперму чи сім'ядолів, а потім переходить до самостійного харчування (автотрофний тип харчування). Якщо під час проростання сім'ядолі виносяться на поверхню, це надземний тип проростання (у квасолі, гарбуза, клена), а якщо залишається в грунті - підземний (у гороху, дуба, пшениці).

Зростання та розвиток рослин

Процеси зростання та розвитку відображають спадкові особливості та всю сукупність процесів взаємодії рослинного організму з факторами середовища. Вони пов'язані між собою та обумовлюють один одного. Зростання вищої багатоклітинної рослини складається з процесів розподілу клітин, їх зростання та диференціації, утворення нових органів та тканин. У дуже молодих рослин здатні рости усі клітини. Пізніше ростові процеси локалізуються у певних частинах тіла рослини і в основному у верхівках стебел та коренів – апікальний (верхівковий) тип росту, а в органах, що ростуть у товщину, – ще й у циліндричній зоні (камбій). Крім верхівкового деякі рослини, наприклад злакові, мають вставний (інтеркалярний) тип росту. Зони цього росту є над кожним вузлом – місцем прикріплення листя. До необмеженого зростання здатні стебла та коріння багатьох рослин. Зростання листа завжди обмежене: спочатку ростуть усі клітини, а потім – лише підстави (базальний тип зростання). Зростання різних частин квітки, видозміненого листя також обмежене.

Біологічне значення квітки, насіння, плодів та їх роль у житті людини

За допомогою квітів відбувається статеве розмноження рослин, і в цьому полягає їхнє основне біологічне значення. Квітки використовують у медицині, харчовій промисловості, парфумерії. З пелюсток троянд та квіток лаванди, наприклад, виготовляють ефірні олії з характерними бактерицидними властивостями. Ефірні олії багатьох рослин використовують у парфумерії для різноманітної ароматичної продукції. З пелюсток троянд готують варення, додають в чай. Сухі бутони гвоздикового дерева використовують як прянощі. Пелюстки календули лікарської мають ранозагоювальні, жовчогінні, бактерицидні, протизапальні властивості. З них, а також із сафлору фарбувального та рилець шафрану виготовляють харчові барвники. Бутони деяких видів бананів використовують як овочі. У квітках утворюється нектар, з якого бджоли роблять мед. У медицині використовують і пилок рослин. Зі софори японської отримують вітамін Р (рутин).

Квітки мають естетичне значення, прикрашаючи будинки, інтер'єри офісів. Зображення деяких квіток використовують у геральдиці.

Плоди в житті рослин захищають насіння і забезпечують його поширення.

Плоди та насіння широко використовує людина у різних галузях виробництва. Вони є основними продуктами харчування (хлібні, круп'яні, овочеві, фруктово-ягідні), широко використовуються в медицині (насіння каштана кінського, льону, плоди динного дерева, горобини, чорниці, малини, дурману), для виготовлення побутових прикрас (намиста), предметів одягу (гудзики), посуду, іграшок.

1. Маточка ( зв- зав'язь, ст- стовпчик, рц- рильце, плц- плацента, смч- сім'язачаток); 2. Тичинка ( тн- тичинкова нитка, св- зв'язник, плн- Пильовик, пц- пилок, НК- нектарник, стм- стамінодій); 3. Вінчик; 4. Пелюсток ( плл- Пластинка пелюстка, нгл- нігтик пелюстка, год- філіжанка); 5. Підчаші; 6. Квітколожі; 7. Вузли; 8. Міжвузля; 9. Квітконіжка ( прц- приквітник, прцп- приквітничок)

Типи суцвіть

1. Пензлик; 2. Щиток; 3. Волотко; 4. Простий колос; 5. Складний колос; 6. Початок; 7. Проста парасолька; 8. Складна парасолька; 9. Головка; 10. Кошик; 11. Розвіліна; 12. Звивіна; 13. Завиток

Запліднення - це процес злиття двох клітин, у результаті відбувається утворення нової клітини, що дає початок іншому організму цього ж роду або виду. Що таке у квіткових рослин і як воно відбувається, читайте у цій статті.

Сутність запліднення

Воно відбувається в результаті злиття двох клітин, жіночої та чоловічої, та виникнення диплоїдної зиготи. У кожній парі хромосом є одна батьківська і одна материнська клітина. Сутність процесу запліднення у тому, щоб відновити і поєднати спадковий матеріал батьків. Їхнє потомство буде більш життєздатним, оскільки поєднає в собі найкорисніші якості від батька та матері.

Що таке запліднення?

Це процес спонукання яйця до розвитку внаслідок об'єднання ядер. Що таке запліднення? Це незворотний процес, який відбувається внаслідок злиття різностатевих гамет та об'єднання їх ядер. не піддається цій процедурі вдруге.

Але є рослини, які відтворюють нове покоління лише з допомогою жіночої гамети без запліднення. Таке розмноження називається незайманим. Примітно, що ці два способи розмноження одного виду рослин можуть чергуватись.

Подвійне запліднення квіткових рослин

Обох почали називатися гаметами. Причому жіночими є яйцеклітини, а чоловічими – спермії, які у рослин насіннєвих нерухомі, а у спорових – рухливі. Що таке запліднення? Це поява особливої ​​клітини - зиготи, що містить спадкові ознаки спермію та яйцеклітини.

Мають складне запліднення, яке називається подвійним, оскільки, крім яйцеклітини, запліднюється ще одна особлива клітина. Формування спермій відбувається в порошинках пилку, а їхнє дозрівання здійснюється в тичинках, точніше в їхніх пильовиках. Місцем утворення яйцеклітин є сім'язачатки, розташовані в зав'язі маточки. Коли яйцеклітина запліднюється спермієм, із сім'язачатка починає розвиватися насіння.

Щоб запліднення у квіткових відбулося, спочатку потрібно запилити рослину, тобто на рильці маточка повинні потрапити порошинки пилку. Опинившись на рильці, вони починають проростати всередину зав'язі, внаслідок чого утворюється пилкова трубка. Одночасно з цим у порошинці відбувається утворення двох сперміїв. Вони не стоять на місці, а починають просуватися до пилкової трубки, яка проникає в сім'язачаток. Тут у результаті розподілу та подовження однієї клітини відбувається утворення зародкового мішка.

Він необхідний розташування ньому яйцеклітини і ще однієї клітини, у якій зосереджений подвійний набір спадкової інформації. Після цього відбувається проростання пилкової трубки в зародковий мішок і злиття одного спермію з яйцеклітиною, в результаті якого утворюється зигота, а іншого - з особливою клітиною. Розвиток зародка походить із зиготи. Друге злиття утворює живильну тканину, або ендосперм, необхідний харчування зародка під час зростання.

Що потрібне для існування кожного виду рослин?

• Насамперед необхідно відновити диплоїдний набір хромосом, а його межах - їх парність.
• Забезпечити матеріальну безперервність між поколіннями, наступними чергами.
• Об'єднати в одному вигляді або роді спадкові властивості двох батьків.

Усе це здійснюється генетичному рівні. Щоб запліднення здійснилося, дозрівання материнських і батьківських гамет має статися одночасно.

Запліднення у покритонасінних рослин

Цей процес вперше охарактеризував німецький вчений Страсбургер у другій половині ХІХ століття. Запліднення покритонасінних рослин відбувається в результаті злиття двох ядер різних гамет: з чоловічим та жіночим початком. Їхня цитоплазма не бере участі в заплідненні. Власне запліднення відбувається тоді, коли спермій зливається із ядром яйцеклітини.

Місцем виникнення сперміїв є пилкове зерно або пилкова труба. Зерно починає проростати після того, як потрапляє на рильце. Час початку цього процесу у кожної рослини різний, як і час запліднення. Наприклад, пилкові зерна буряків проростають через дві години, а кукурудзи – миттєво. Перша ознака проростання зерна - його збільшення обсягом. Зазвичай одне пилкове зерно утворює одну трубку. Але деякі рослини не підкоряються цьому правилу і утворюють кілька трубок, з яких лише одна досягає свого розвитку.

Пилкова трубка з сперміями, що пересуваються по ній, росте і врешті-решт розривається. Весь її вміст виявляється усередині зародкового мішка. Один з сперміїв, що проникли сюди, впроваджується в яйцеклітину і зливається з її гаплоїдним ядром. Що таке запліднення? Це злиття двох ядер: спермія та яйцеклітини. Запліднена яйцеклітина починає ділитися, виходять дві нові клітини. Вони діляться на чотири і таке інше. Таким чином, відбувається багаторазове розподіл, у результаті якого розвивається зародок рослини.

Покритонасінні рослини після процесу запліднення мають здатність розвивати додатковий орган, який називається ендоспермом. Це не що інше, як живильне середовище зародка. При злитті другого спермію та диплоїдного ядра відбувається утворення певного набору хромосом, з яких два – материнського походження, і один – батьківського. Таким чином, подвійне запліднення організмів рослинного походження здійснюється тоді, коли один спермій зливається з яйцеклітиною, а інший з ядром клітини, розташованої в центрі.

Відмінні риси покритонасінних рослин

• Велика пристосованість до зростання у різних умовах.
• Подвійне запліднення, що дозволяє мати запас речовин, необхідні нормального проростання насіння.
• Наявність триплоїдного ендосперму.
• Утворення сім'яничок усередині зав'язі, при якому стінки маточки захищають їх від пошкоджень.
• Розвиток плоду покритонасінних рослин із зав'язі.
• Знаходження насіння усередині плода, стінки якого є його захистом.
• Наявність квітки дає можливість комах.

Завдяки перерахованим ознакам займають панівне становище у світі.

Особливість запліднення покритонасінних рослин

Вона випливає із того, що ці рослини мають подвійне запліднення. Унікальна особливість представлена ​​явищем, що називається ксеніями. Його сенс полягає в тому, що пилок безпосередньо впливає на властивості та ознаки ендосперму. Наприклад візьмемо кукурудзу.

Вона буває з жовтим і білим насінням. Їх колір залежить від відтінку ендосперму. При запиленні жіночих квіток білозерної кукурудзи пилком жовтозерного сорту її забарвлення все одно буде жовтим, хоча розвиток ендосперму відбувається на рослині з білими зернами.

Яку роль грають квіткові рослини?

Ці рослини налічують 13 000 пологів та 250 000 видів. Вони набули широкого поширення по всьому світу. Квіткові рослини - це ключові компоненти біосфери, що виробляють органічні речовини, що зв'язують вуглекислоту та виділяють кисень. Пасовищні ланцюги живлення починаються саме з них. Багато різновидів квіткових рослин людина використовує для харчування. З них будують житла та виготовляють різні господарські матеріали.

Не обходиться без них медицина. Окремі види покритонасінних рослин є панівними на планеті, їм відводиться вирішальна роль у формуванні покриву рослинності та створенні основної частини наземної фітомаси. Зрештою саме цими рослинами визначається можливість існування людини землі як виду біологічного.

Запліднення рослин

Не всяка пилок, що потрапила на рильце маточка, проростає і досягає зав'язі, тобто запилення далеко не завжди супроводжується заплідненням. Щоб воно відбулося, потрібні відповідні умови. Однією з цих умов є зрілість рильця. У цьому випадку сосочки приймочка виділяють солодкий сік, який сприяє не тільки прилипання пилку, але і є тим середовищем, на якому проростає пилок. Якщо концентрація соку, що виділяється приймочкою, приблизно дорівнює концентрації вмісту пилкового зерна (ізотонічні розчини), то проростання йде нормально. Якщо концентрація соку на рильці буде вищою (гіпертонічний розчин), то можливий плазмоліз усередині пилкового зерна або, якщо і буде ріст, дуже повільний. І, нарешті, якщо концентрація соку на рильці буде нижчою, ніж концентрація вмісту пилкового зерна, то останнє, маючи високий тургор, ще більше підвищить його і лусне.

На властивості насіння великий вплив надає вік пилку і маточка, кількість пилку, що потрапляє на приймочку товкача, і ряд інших умов. Всі ці фактори поки що мало враховують у практиці насінництва та селекції, але вони надають певний вплив на потомство. Наприклад, старіючі квітки пшениці дають насіння з переважанням батьківських ознак, а у гороху, навпаки, з перших квіток розвивається насіння з батьківськими ознаками, а з усіх наступних – насіння, дедалі більше успадковує материнські властивості.

Запліднення найбільше сприятливо протікає у молодих зав'язей за наявності великої кількості пилку.

Встановлено також, що надмірна сухість повітря, так і дощ викликають повну загибель пилку, і тому сухий і затяжний дощ у період цвітіння знижують урожай. Високі та низькі температури також не сприяють заплідненню. Нормальне запліднення протікає лише за умови правильного харчування материнської рослини та її нормального розвитку.

Наприклад, за даними Ріда, цинк дуже впливає на запліднення та утворення насіння у гороху, квасолі, сорго та інших культур. При вирощуванні на живильному розчині без цинку насіння не зав'язується, при концентрації цинку 0,00002 г на 1 л розвиваються маленькі боби, але без насіння, а при концентрації 0,0001 г на 1 л утворюється насіння.

Успішне запліднення можливе лише в тому випадку, якщо рослина перебуває у здоровому стані, тому що будь-яка хвороба знижує зав'язування насіння.

Для нормального запліднення потрібна така кількість пилку, яка з надлишком перевищувала б потребу сім'япочки. Досвідами І. Н. Голубинського показано, що на штучному середовищі проростання та зростання пилкових трубок посилюються при підвищеній густоті посіву пилку. Аналогічне явище відбувається і на рильці маточка: чим більше пилку, тим краще умови для проростання пилкових трубок.

Пилок, що потрапляє на рильце, різноякісна не тільки генетично, а й фізіологічно. Це зумовлює різну реакцію материнської рослини і веде в одному випадку до утворення насіння з високою життєвістю, а в іншому – зі слабкою, яка може спричинити загибель насіння ще у фазі ембріонального розвитку, що часто спостерігається у гречки.

Фізіологічна несумісність пилку та рилець пов'язана з іншим явищем – вибірковістю запліднення. Як правило, пилок чужого сорту краще обирається при заплідненні, ніж пилок свого сорту і, тим більше, своєї рослини. Тому чужий пилок, навіть якщо за кількістю він у багато разів поступається пилку свого сорту, має дуже значний запліднюючий ефект, що і зазначено в багатьох роботах з гібридизації.

Про вплив пилку деяких сортів гречки на врожайність материнської рослини свідчать такі дані (табл. 1).

Таблиця 1

Урожайність гречки сорту Богатир при запиленні її пилком різних сортів

Сорт-запилювач	Урожай зерна в середньому на одну рослину, %	Ефект запилення, %
Богатир	100,0 (4,1 г)	контроль
Дніпровська	148,1	+48,1
Більшовик	141,6	+41,6
Слов'янка	127,5	+27,5
Червоноуфимська 216	97,0	–3,0
Ліково-Долинська	69,0	–31,0

Різниця в урожаї при запиленні пилком різних сортів у польовому досвіді сягала 5,2 ц з 1 га. Отже, правильний підбір сортів-запилювачів культур-перехресників обіцяє значне підвищення врожайності.

Вдало підібраний запилювач сприяє отриманню високоякісного зерна (підвищуються крупність зерна, життєвість, сила зростання та покращуються інші показники). Ці факти слід враховувати під час організації насінництва.

У процесах запліднення повною мірою проявляється вибірковість. Селекційна практика встановила, що при запиленні недостатньою кількістю пилку знижується запліднення та погіршується якість насіння. Більш того, встановлено, що при запиленні пшениці, бавовнику, гарбуза та інших рослин обмеженою кількістю пилку утворюються нові біотипи рослин. Ці фактори вимагають детального аналізу, бо в умовах, несприятливих для запилення, подібні явища можуть бути і в насінницьких посівах.

Вивчення запилення в природних умовах показало, що на рильці завжди потрапляє суміш різного пилку - свого сорту, виду, чужих видів та сімейств. При цьому деякі поєднання видів пилку сприяють заплідненню, а деякі можуть послабити потомство або навіть унеможливлять сам акт запліднення. Ці факти також заслуговують на увагу в насінницькій практиці.

З великої кількості пилкових трубок, які проростають на рильці, взаємодіючи між собою, тканинами рильця і ​​стовпчика, в зародковий мішок може увійти лише кілька, а частіше одна. У зародковому мішку квіток буряків, гречки та інших рослин було виявлено по 2 пилкові трубки, а у соняшнику навіть понад шість. Однак і в цих випадках безпосередньо в заплідненні брала участь лише одна пилкова трубка, а овальні брали непряму участь - вміст пилкових трубок стимулювало фізіологічну активність статевого процесу. Останнім часом все частіше з'являються відомості про «двохотковість» у процесі запліднення, що говорить про можливість активного включення в статевий процес не однієї пилкової трубки, а двох.

Пилкові зерна, потрапляючи на рильце маточка, проростають. При цьому через отвір у екзиніпилкового зерна випинається внутрішня оболонка – інтинаяка, розтягуючись, утворює оболонку пилкової трубки. У цю трубку переходить весь вміст пилкового зерна: вегетативне ядро, обидва спермія (а іноді генеративна клітина, якщо поділ не пройшов) і цитоплазма. В останній є запасні поживні речовини, які служать джерелом енергії для пилкової трубки, що росте. Крім того, поживні речовини надходять із материнських тканин. Завдяки активним ферментативним процесам, що відбуваються у пилковій трубці, остання росте дуже енергійно і в ній підтримується сильний тургор.

Сам процес зростання та просування пилкової трубки по тканинах стовпчика протікає по-різному: в одних рослин трубка розсуває клітини рильця, а потім стовпчика, а в інших вона рухається спеціальним каналом, який тягнеться від рильця до самої зав'язі. Зрештою пилкова трубка потрапляє в порожнину зав'язі, продовжує зростати у напрямку до пилковходу (мікропилу) семяпочки і досягає верхівки зародкового мішка (порогамія), хоча в деяких рослин можливе проникнення трубки і з боку. халази.

При дотику пилкової трубки з верхівкою зародкового мішка і під її тиском одна із синергідів лопається, і її вміст виливається в зародковий мішок. При цьому тиск у зародковому мішку падає, кінчик пилкової трубки, який був під значним внутрішнім тиском, також лопається, і вміст трубки виливається всередину зародкового мішка на місце синергіди, що лопнула. Надалі цитоплазма та вегетативне ядро ​​руйнуються і всмоктуються оточуючими клітинами зародкового мішка, впливаючи на біохімізм подальшого процесу. Тому зазначені частини пилкового зерна, хоча вони, мабуть, і не беруть участь у подальшому процесі запліднення, іноді мають значний вплив на подальше потомство. Спермії, що звільняються, беруть участь у подальшому процесі запліднення: один з них впроваджується всередину яйцеклітини і зливається з її ядром (рис. 1), а другий зливається з ядром центральної клітини зародкового мішка, відбувається так зване подвійне запліднення, властиве всім покритонасінним рослинам. Відкриття подвійного запліднення зроблено у 1898–1900 роках. С. Г. Навашин.

Після злиття двох гаплоїдних гамет починається розвиток зародка, тобто нового організму наступного покоління.З цього моменту починається освіта насіння, і подальший його розвиток є предметом вивчення насіння. З заплідненої яйцеклітини розвивається власне зародок, та якщо з заплідненої центральної клітини зародкового мішка – особлива тканина, так званий вторинний эндосперм, який властивий лише покритонасінним рослинам. Він утворюється внаслідок злиття трьох ядер – двох жіночих та одного чоловічого, і тому ядро ​​виходить триплоїдним.

Мал. 1. Подвійне запліднення (подовжній розріз зародкового мішка кукурудзи): А– у зародковий мішок проникла пилкова трубка; Б– подвійне запліднення; У- Початок розвитку зародка та ендосперму: 1 - яйцеклітина; 2 – синергіда; 3 – полярні ядра; 4 – антиподи; 5 – мікропиле; 6 – генеративні ядра (спермії); 7 – ядро ​​пилкової трубки; 8 – пилкова трубка; 9 – клітини ендосперму

Вторинним ендосперм називається тому, що він виникає після запліднення на відміну від голонасінних, де ендосперм розвивається з особливої ​​тканини без запліднення та називається там первинним.

Багато дослідників показали, що чужий пилок (пилок інших видів), потрапляючи на рильце, часто істотно впливає на потомство. У цих випадках пилкова трубка також росте, але не зливається з яйцеклітиною, а вміст її виливається всередину зародкового мішка. Якщо вміст чужорідної пилкової трубки дуже далеко за своїм хімічним складом від вмісту пилкової трубки даного виду, то може виникнути фізіологічна несумісність, яка викличе омертвіння зародкового мішка, частіше така трубка не може розвиватися на рильці і гине сама. Якщо ж у вмісті чужої трубки немає шкідливих речовин, то вони включаються в загальний обмін речовин усередині сім'япочки і значно впливають на формування спадкових властивостей насіння.

У процесі запліднення можна виділити три фази:

1) прогамну, яка починається з моменту взаємодії пилку, тканин приймочка і триває в тканинах стовпчика та зав'язі до підходу пилкових трубок до сім'япочок;

2) гамогенеза- Період взаємодії пилкових трубок з тканинами семяпочки (включаючи і подвійне запліднення);

3) постгамну - період розвитку зародка і всього насіння, в якому ще триває взаємодія з пилковими трубками, що є в зав'язі, і їх вмістом.

Чітке уявлення про процеси, що відбуваються в кожній із названих фаз запліднення, дозволяє глибше розуміти процес формування біологічних властивостей насіння, що розвивається.