Чередование способов размножения и поколений в жизненном цикле растений конспект урока
Обновлено: 04.07.2024
Ключевые слова: размножение растений, способы размножения, бесполое, половое размножение, вегетативное размножение
Размножение растений — это воспроизведение особями себе подобных. Оно позволяет поддерживать преемственность между поколениями и поддерживать численность популяций на определенном уровне.
Бесполое размножение осуществляется с помощью спор. Спора — это специализированная клетка, прорастающая без слияния с другой клеткой. Споры могут быть диплоидными (образуются в результате митоза) и гаплоидными (образуются в результате мейоза); они могут иметь жгутики для передвижения (у водорослей) или распространяться с помощью ветра и воды (папоротник, мхи).
Половое размножение — связано со слиянием специализированных половых клеток — гамет с образованием зиготы. Гаметы могут быть одинаковыми и разными в морфологическом отношении. Изогамия — слияние одинаковых гамет; гетерогамия — слияние разных по размеру гамет; оогамия — слияние подвижного сперматозоида с крупной неподвижной яйцеклеткой.
Для всех высших растений характерно чередование в жизненном цикле полового и бесполого размножения и связанное с этим чередование поколений (фаз развития) гаплоидной (n) (гаметофит) и диплоидной (2n) (спорофит). На спорофите возникают мешковидные образования спорангии (органы бесполого размножении), в которых в результате спорогенеза, сопровождающегося мейотическим делением, формируются гаплоидные споры. Из спор развивается гаметофит. На нем формируются особые половые структуры — гаметангии (органы полового размножения), в которых образуются гаметы.
Мужские половые органы, где формируются сперматозоиды, называются антеридии. Женские половые органы, где формируются яйцеклетки, называются архегонии. Если на гаметофите развиваются и архегонии, и антеридии, то он называется обоеполым. Если только антеридии, то мужским; если только архегонии, то женским. При слиянии гамет образуется зигота. Из зиготы развивается спорофит.
Эволюция растений шла в направлении увеличении размеров бесполого поколении (спорофита) и редукции полового поколения (гаметофита). У подавляющего большинства высших растений (за исключением моховидных) в жизненном цикле преобладает спорофитная фаза.
Вегетативное размножение
Вегетативное размножение не связано с формированием специальных органов размножения и клеток. Оно осуществляется с помощью вегетативных органов растения: стебля (черенками и отводками), листьев, почек, корневищ, ползучих побегов, луковиц, корневых отпрысков (так размножаются растения, способные образовывать почки на корнях), листовых черенков и культурой ткани (выращивание в пробирке). Вегетативное размножение в естественных условиях биологически тогда выгодно, когда в борьбе за существование необходимо быстро освоить новые места обитания, захватить большие площади для расселения и питания. Так у ландыша и майника это единственный способ размножения из-за отсутствия благоприятных условий для семенного размножения.
Значение вегетативного размножения:
- Образование дочерних особей, идентичных с материнскими по наследственным признакам
- Обеспечение быстрого увеличения численности вида и его расселения
- Получение большого количества посадочного материала
- Сохранение у потомков ценных наследственных свойств материнской особи (сорта, формы).
Урок ботаники СПО Половое размножение растений. Использовано при дистанте.
| Вложение | Размер |
|---|---|
| 12.05.21.polovoe_razmnozhenie.docx | 257.33 КБ |
Предварительный просмотр:
Тема: Половое размножение растений.
Цель урока: ознакомиться с особенностями полового размножения и чередования поколений у различных отделов растений;
дать определение новых понятий: изогамия, гетерогамия, оогамия, гаметофит, спорофит.
Половое размножение растений
Половое размножение связано с образованием растениями особого типа клеток – гамет . Растение, на котором происходит образование гамет, называют гаметофитом .
Процесс формирования гамет называют гаметогенезом . Он происходит в особых органах – гаметангиях.
Половое размножение имеет ряд преимуществ по сравнению с бесполым. Во-первых, при слиянии гамет образуется организм с уникальным двойным набором аллелей генов , полученных от родителей с разными генотипами, формируется организм с уникальным генотипом. В результате отбора будут выживать особи, чей генотип позволяет приспособиться к данным условиям среды, даже если эти условия изменяются.
Во-вторых, мутации, изменяющие гены чаще рецессивны, и вредны в данных условия среды. Диплоидный набор генов позволяет сохраниться возникшим рецессивным аллелям благодаря наличию доминантных аллелей этих генов. Каждый диплоидный организм содержит сотни, тысячи генов в рецессивном состоянии, как губка насыщена водой, так и генотип насыщен ими, они передаются следующему поколению и постепенно распространяются по популяции. Мутация проявится, если обе гаметы несут данную рецессивную аллель гена, а к этому времени среда может измениться, и данная мутация может оказаться полезной. Так происходит накопление и распространение мутаций.
Гаметы всегда гаплоидны. При слиянии мужской и женской гамет происходит образование диплоидной зиготы , из которой развивается новый организм. Процесс слияния гамет называют оплодотворением . Сущность полового процесса едина для всех живых организмов, а его формы разнообразны.
Различают следующие типы полового процесса: хологамия, конъюгация, изогамия, гетерогамия и оогамия (рис. 1), у растений встречаются три : изогамия, гетерогамия и оогамия .
Изогамия. При изогамии гаметы морфологически сходны между собой, то есть одинаковы по форме и размерам , но физиологически они разнокачественны. Данный половой процесс характерен для многих водорослей и некоторых грибов ( наиболее примитивный тип полового размножения). Изогамия происходит только в воде, для передвижения в которой гаметы снабжены жгутиками. Они очень похожи на зооспоры, но имеют меньшие размеры.
Рис. 1. Типы полового размножения:
1 — изогамия; 2 — гетерогамия; 3 — оогамия; 4 — конъюгация.
Гетерогамия. При гетерогамии происходит слияние подвижных половых клеток, сходных по форме, но различающихся размерами . Женская гамета в несколько раз больше мужской и менее подвижна. Гетерогамия характерна для тех же групп организмов, что и изогамия, и также происходит в воде.
Оогамия. Характерна для некоторых водорослей и всех высших растений. Женская гамета – яйцеклетка – крупная и неподвижная. У низших растений образуется в одноклеточных гаметангиях – оогониях , у высших растений (исключая покрытосеменные) – в многоклеточных архегониях . Мужская гамета (сперматозоид) мала и подвижна, образуется у грибов и водорослей в одноклеточных, а у высших растений (исключая покрытосеменные) – в многоклеточных гаметангиях – антеридиях . Сперматозоиды способны передвигаться только в воде. Поэтому наличие воды – обязательное условие для оплодотворения у всех растений, за исключением семенных. У большинства семенных растений мужские гаметы утратили жгутики и называются спермиями .
Важным этапом в эволюции полового процесса явилось формирование в циклах развития растительных организмов отдельных поколений. Это создало возможность лучшей адаптации к изменениям окружающей среды, так как спорофит и гаметофит могли существовать в различных условиях и не конкурировать друг с другом.
В жизненном цикле растений чередуются два поколения: спорофит и гаметофит.
Гаметофит — гаплоидная стадия (имеет одинарный набор хромосом n )
Спорофит — диплоидная стадия (имеет двойной набор хромосом 2n) )
Иногда спорофит называют бесполым поколением, так как он образует споры; а гаметофит — половым поколением, так как он образует половые клетки (гаметы ).
Рис.1
Чем споры отличаются от гамет?
Споры — одноклеточные образования, из которых развивается самостоятельный организм без слияния спор друг с другом.
Гаметы (половые клетки ) — образуют многоклеточный организм, сливаясь друг с другом. Этот процесс называется оплодотворением, в результате образуется зигота — первая клетка нового организма
В жизненном цикле растений имеются две стадии: спорофит и гаметофит:
- споро фит делает споры (путем мейоза);
- спора прорастает в гаметофит (заросток*);
- гамето фит делает** гаметы (путем митоза);
- после оплодотворения получается зигота, из которой вырастает спорофит.
З игота и С порофи т диплоидные -2n . ( З.С-т.-2n)
Все остальные гаплоидные ( С поры, Г аметофит и Г аметы – n). (С.Г.Г.- n)
Выучив пункты жизненного цикла , легко запомнить общую схему чередования поколений. И тогда в последующем вам не придется учить с нуля схемы каждого отдела — вы будете понимать, что последовательность у всех одна и та же. Останется запомнить только небольшие особенности отделов ( подробней изучим позже)
У мхов спора сначала прорастает в зеленую нить предросток (протонему), а уже из предростка вырастает гаметофит. Гаметофит мхов (зеленое растение со стеблем и листьями) больше, чем спорофит (коробочка на ножке), таким образом, у мхов гаметофит преобладает над спорофитом.
У всех остальных высших растений наоборот – спорофит преобладает над гаметофитом.
У высших споровых растений ( мхов , папоротников , хвощей и плаунов ) споры разносятся ветром.
У семенных растений ( голосеменных и покрытосеменных ) споры прорастают прямо внутри спорофита. Внутри семязачатка макроспора прорастает в женский гаметофит, в нём образуется яйцеклетка. Внутри пыльцевого мешка микроспора превращается в мужской гаметофит – пыльцевое зерно, в нем образуются спермии.***
================
* Гаметофит называется заростком только у папоротников, хвощей и плаунов.
** Половые клетки образуются в половых органах гаметофита: женские – в архегониях, мужские – в антеридиях.
*** Женский гаметофит цветковых растений называется зародышевый мешок. Он содержит 7 клеток, в том числе яйцеклетку и центральную диплоидную клетку. Мужской гаметофит цветковых состоит из двух клеток – вегетативной (превращается в пыльцевую трубку) и генеративной (превращается в два спермия). Оплодотворение у цветковых двойное:
В жизненном цикле растений происходит чередование бесполого и полового размножения и связанное с этим чередований поколений.
Гаплоидный (n) растительный организм, образующий гаметы, называется гаметофитом (n). Он представляет половое поколение. Гаметы формируются в половых органах путём митоза: сперматозоиды (n) - в антеридиях (n), яйцеклетки (n) – в архегониях (n) .
Гаметофиты бывают обоеполые (на нём развиваются антеридии и архегонии) и раздельнополые (антеридии и архегонии развиваются на разных растениях).
После слияния гамет (n) образуется зигота с диплоидным набором хромосом (2n), а из неё развивается путём митоза бесполое поколение – спорофит (2n). В специальных органах - спорангиях (2n) спорофита (2n) после мейоза образуются гаплоидные споры (n), при делении которых митозом развиваются новые гаметофиты (n).
Жизненный цикл зелёных водорослей
В жизненном цикле зелёных водорослей преобладает гаметофит (n), то есть клетки их слоевища гаплоидны (n). При наступлении неблагоприятных условий (похолодание, пересыхание водоёма) происходит половое размножение – образуются гаметы (n), которые попарно сливаются в зиготу (2n). Зигота (2n), покрытая оболочкой зимует, после чего при наступлении благоприятных условий делится мейозом с образованием гаплоидных спор (n), из которых развиваются новые особи (n).
Практикум
Какой набор хромосом характерен для зиготы и для спор зелёных водорослей? Объясните, из каких исходных клеток и как они образуются.
1. В зиготе диплоидный набор хромосом (2n), она образуется при слиянии гамет с гаплоидным набором хромосом (n).
2. В спорах гаплоидный набор хромосом (n), они образуются из зиготы с диплоидным набором хромосом (2n) путём мейоза.
Жизненный цикл мхов (кукушкин лён)
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). С помощью воды (во время дождя) сперматозоиды (n) попадают к яйцеклеткам (n), происходит оплодотворение, возникает зигота (2n). Зигота находится на женском гаметофите (n), она делится митозом и развивается спорофит (2n) – коробочка на ножке. Таким образом, спорофит (2n) у мхов живёт за счёт женского гаметофита (n).
В коробочке спорофита (2n) путём мейоза образуются споры (n). Мхи – разноспоровые растения, различают микроспоры – мужские и макроспоры – женские. Из спор (n) путём митоза развиваются сначала предростки, а затем взрослые растения (n).
Практикум
Какой хромосомный набор характерен для клеток листьев и коробочки на ножке кукушкина льна? Объясните, из каких исходных клеток и в результате, какого деления они образуются.
1. В клетках листьев кукушкина льна гаплоидный набор хромосом (n), они, как и всё растение, развиваются из споры с гаплоидным набором хромосом (n) путём митоза.
2. В клетках коробочки на ножке диплоидный набор хромосом (2n), она развивается из зиготы с диплоидным набором хромосом (2n) путём митоза.
Жизненный цикл папоротников
У папоротников (также хвощей, плаунов) в жизненном цикле преобладает спорофит (2n). На нижней стороне листьев растения (2n) развиваются спорангии (2n), в которых путём мейоза образуются споры (n). Из споры (n), попавшей во влажную почву, прорастает заросток (n) – обоеполый гаметофит. На его нижней стороне развиваются антеридии (n) и архегонии (n), а в них путём митоза образуются сперматозоиды (n) и яйцеклетки (n). С капельками росы или дождевой воды сперматозоиды (n) попадают к яйцеклеткам (n), образуется зигота (2n), а из нее – зародыш нового растения (2n).
Практикум
Жизненный цикл голосеменных растений (сосна)
Листостебельное растение голосеменных растений – спорофит (2n), на котором развиваются женские и мужские шишки (2n).
На чешуйках женских шишек расположены семязачатки – мегаспорангии (2n), в которых путём мейоза образуются 4 мегаспоры (n), 3 из них погибают, а из оставшейся – развивается женский гаметофит – эндосперм (n) с двумя архегониями (n). В архегониях образуются 2 яйцеклетки (n), одна погибает.
На чешуйках мужских шишек располагаются пыльцевые мешки – микроспорангии (2n), в которых путём мейоза образуются микроспоры (n), из них развиваются мужские гаметофиты – пыльцевые зёрна (n), состоящие из двух гаплоидных клеток (вегетативной и генеративной) и двух воздушных камер.
Пыльцевые зёрна (n) (пыльца) ветром переносятся на женские шишки, где митозом из генеративной клетки (n) образуются 2 спермия (n), а из вегетативной (n) – пыльцевая трубка (n), врастающая внутрь семязачатка и доставляющая спермии (n) к яйцеклетке (n). Один спермий погибает, а второй участвует в оплодотворении, образуется зигота (2n), из которой митозом формируется зародыш растения (2n).
В результате из семязачатка формируется семя, покрытое кожурой и содержащее внутри зародыш (2n) и эндосперм (n).
Практикум
Какой хромосомный набор характерен для клеток пыльцевого зерна и спермиев сосны? Объясните, из каких исходных клеток и в результате, какого деления образуются эти клетки.
1. В клетках пыльцевого зерна гаплоидный набор хромосом (n), так как оно образуется из гаплоидной микроспоры (n) путём митоза.
2. В спермиях гаплоидный набор хромосом (n), так как они образуются из генеративной клетки пыльцевого зерна с гаплоидным набором хромосом (n) путём митоза.
Практикум
Какой хромосомный набор характерен для мегаспоры и клеток эндосперма сосны? Объясните, из каких исходных клеток и в результате, какого деления образуются эти клетки.
1. В мегаспорах гаплоидный набор хромосом (n), так как они образуются из клеток семязачатка (мегаспорангия) с диплоидным набором хромосом (2n) путём мейоза.
2. В клетках эндосперма гаплоидный набор хромосом (n), так как эндосперм формируется из гаплоидных мегаспор (n) путём митоза.
Жизненный цикл покрытосеменных растений
Покрытосеменные растения являются спорофитами (2n). Органом их полового размножения является цветок.
В завязи пестиков цветка находятся семязачатки – мегаспорангии (2n), где происходит мейоз и образуются 4 мегаспоры (n), 3 из них погибают, а из оставшейся – развивается женский гаметофит – зародышевый мешок из 8 клеток (n), одна из них – яйцеклетка (n), а две сливаются в одну – крупную (центральную) клетку с диплоидным набором хромосом (2n).
В микроспорангиях (2n) пыльников тычинок путём мейоза образуются микроспоры (n), из которых развиваются мужские гаметофиты – пыльцевые зёрна (n), состоящие из двух гаплоидных клеток (вегетативной и генеративной).
После опыления из генеративной клетки (n) образуются 2 спермия (n), а из вегетативной (n) – пыльцевая трубка (n), врастающая внутрь семязачатка и доставляющая спермии (n) к яйцеклетке (n) и центральной клетке (2n) . Один спермий (n) сливается с яйцеклеткой (n) и образуется зигота (2n), из которой митозом формируется зародыш растения (2n). Второй спермий (n) сливается центральной клеткой (2n) с образованием триплоидного эндосперма (3n). Такое оплодотворение у покрытосеменных растений называется двойным.
В результате из семязачатка формируется семя, покрытое кожурой и содержащее внутри зародыш (2n) и эндосперм (3n).
Практикум
Какой хромосомный набор характерен для микроспоры, которая образуется в пыльнике, и клеток эндосперма семени цветкового растения? Объясните, из каких исходных клеток и как они образуются.
1. В микроспорах гаплоидный набор хромосом (n), так как они образуются из клеток микроспорангиев с диплоидным набором хромосом (2n) путём мейоза.
2. В клетках эндосперма триплоидный набор хромосом (3n), так как эндосперм образуется при слиянии гаплоидного спермия (n) с диплоидной центральной клеткой (2n).
Общие выводы
1. В процессе эволюции растений происходила постепенная редукция гаметофита и развитие спорофита.
2. В гаметах растений гаплоидный набор (n) хромосом, они образуются путём митоза.
3. В спорах растений гаплоидный набор (n) хромосом, они образуются путём мейоза.
Урок рекомендуется проводить в 10 классе (профильное обучение) после изучения тем “Цитология”, “Размножение и развитие организмов”. Урок - теоретический семинар проводится по модульной технологии с широким охватом знаний учащихся: из курсов “Растения”, “Животные” и основ строения и жизнедеятельности клетки. Продолжительность урока – 90 мин (2 академических часа). Основная методическая цель урока: систематизация и обобщение знаний учащихся и формирования понятия “Жизненный цикл”.
Подготовка к уроку. Учитель готовит предварительные задания: алгоритмы для подготовки дифференцированных домашних заданий по группам (приложение 1).
План урока (приложение 2 – подробный план модульного урока)
- Вводный контроль –5 мин.
- Актуализация и мотивация знаний –5 мин.
- Изучение материала – 65 мин.
- представление своих проектов – модулей, подготовленных самостоятельно – 45 мин (приложение 1 – алгоритмы для подготовки самостоятельных работ).
- изучение жизненного цикла малярийного плазмодия с целью обобщения закономерностей, выявленных при представлении своих проектов (самостоятельная работа) – 20 мин. - Работа с обобщающей схемой – 10 мин.
- Подведение итогов урока – 4 мин.
- Домашнее задание – 1 мин.
Ход урока.
Проблемный вопрос: “Жизнь – есть воспроизводство себе подобных через себе неподобных”. Как это понять?
Что такое жизненный цикл? Жизненный цикл – это повторяющаяся последовательность смены поколений. (приложение 5, слайд 3)
Изучение основного материала урока
С целью доказательства вышеуказанного положения свой проект представляют группа, готовившая работу, о жизненном цикле Моховидных (приложение 5, слайд 3)
После представления материала формулируем вывод: в жизненном цикле идет смена поколений. Спорофит – споры – гаметофит – гаметы – зигота – спорофит. Каждому из них присущ свой онтогенез.
Следовательно, вытекает более четкое определение: жизненный цикл – это последовательность всех онтогенезов, характерных для данного вида, которые закономерно сменяют друг друга в ходе размножения.
Перед классом ставится вопрос: еще какая закономерность вытекает из рассмотренного жизненного цикла.
Идет чередование гаплофазы и диплофазы (у Моховидных преобладает гаплофаза – гаметофит). (слайды 5, 6 приложение 5)
Также идет соответствующая смена митоза и мейоза: спорофит (диплофаза) - мейоз – споры – митоз – гаметофит (гаплофаза) – митоз – гаметы – зигота – митоз – спорофит (диплофаза).
С целью выяснения других способов чередования ядерных фаз рассматриваются жизненные циклы лягушки (класс Земноводные приложение 5, слайд 9) и жизненного цикла Хламидомонады (приложение 5, слайд 7), жизненного цикла голосеменных на примере сосны обыкновенной (приложение 5, слайд 8).
В результате обсуждения выясняется, что имеются следующие типы смены ядерных фаз в жизненных циклах разных организмов:
- жизненный цикл с промежуточной редукцией ядерных фаз (у большинства растений);
- жизненный цикл с гаметической редукцией ядерных фаз (у большинства многоклеточных животных);
- жизненный цикл с зиготической редукцией (у одноклеточных организмов).
Последняя группа освещает жизненный цикл малярийного плазмодия с целью выяснения чередования в жизненном цикле различных способов размножения. После выступления группы учащиеся составляют схемы чередования способов размножения, используя схемы жизненных циклов медузы и хламидомонады (слайды 11,12 приложение 5).
Таким образом, жизненный цикл – это смена различного числа поколений, которые повторяются в определенной последовательности в результате разных способов размножения.
Самостоятельная работа проводится с целью обобщения и закрепления закономерностей, выявленных при изучения жизненных циклов различных организмов. Учащиеся по предложенному алгоритму выполняют работу и озвучивают результаты работы перед классом (приложение 1 жизненные циклы печеночного сосальщика и представителей класса Сцифоидные) (приложение 5слайд 13).
- составить обобщающую схему жизненного цикла с зиготической редукцией ядерных фаз,
- составить обобщающую схему жизненного цикла с промежуточной редукцией ядерных фаз,
- составить обобщающую схему жизненного цикла с гаметической редукцией ядерных фаз.
Или обобщающую схему предлагает учитель. Естественно это зависит от того, какие цели преследует учитель при работе на данном этапе урока.
С целью проверки уровня усвоения изученного материала перед подведением итогов урока проводится контроль знаний (приложение 5, слайды 17-21). Учащимся предлагается 4 варианта заданий (приложение № 3).
Обобщение знаний по обобщающим схемам и выполнение выходного контроля с индивидуальными карточками на одном уроке можно использовать только в том случае, если учащиеся очень хорошо знают материал и на первую часть урока тратится минимальное часть учебного времени. В своей практике я использую разные варианты. Главное, чтобы урок принес максимальное удовлетворение, как учителю, так и ученикам и была достигнута поставленная цель.
Другой вариант проведения обобщения заключается в том, что руководители проектных групп готовят публикацию – буклет “Жизненные циклы” и представляют его как свою творческую работу (приложение 4).
Читайте также: