Развитие половых клеток и оплодотворение у растений
Обновлено: 12.09.2024
У растений и животных пути образования гамет различаются. У растений половые клетки возникают путем деления соматических клеток, по-другому митозом. У животных же помимо митоза есть и мейоз.
Гаметогенез растений
Перед самим процессом образования гамет в пыльниках тычинок образуются микроспоры. Образование мужских половых клеток непосредственно связано с делением материнской клетки путем митоза. Так, из одной клетки получаются четыре микроспоры, каждая из которых имеет гаплоидный набор хромосом. После этого происходит деление одной из получившихся спор с образованием мужского гаметофита. Он, в свою очередь, состоит из большой вегетативной и маленькой генеративной клетки. После деления гаметофит покрывается плотной оболочкой и образует пыльцевое зерно. Иногда, в процессе созревания пыльцы или же после переноса её на рыльце пестика, маленькая генеративная клетка делится митозом, в результате которого образуется две неподвижные мужские половые клетки, называемые спермиями. Из вегетативной же клетки, после опыления, образуется пыльцевая трубка, способствующая проникновению спермиев в завязь пестика для оплодотворения.
Рис. 1 Образование мужского гаметофита
Образование женских половых клеток у растений называется мегагаметогенезом. Этот процесс происходит в завязи пестика, предшествующий процесс – мегаспорогенез, вследствие которого из мегаспоры материнской клетки путём двух последовательных мейотических делений образуется четыре мегаспоры. Одна из этих мегаспор три раза делится митозом, при этом получается зародышевый мешок с восемью ядрами, называющийся женским гаметофитом. После, цитоплазмы дочерних клеток обособляются, и одна из образовавшихся клеток становится яйцеклеткой, по бокам которой расположены синергиды, на противоположном конце зародышевого мешка образуются три антипода, в центре же формируется диплоидная центральная клетка, возникшая в результате слияния двух гаплоидных ядер.
Рис. 2 Образование женского гаметофита
Развитие половых клеток у животных
Существуют два процесса образования половых клеток у животных, сперматогенез (образование мужских половых клеток) и овогенез (образование женских половых клеток).
У человека сперматогенез осуществляется в семенниках (по-другому яичках) и подразделяется на четыре следующих друг за другом периода: размножение, рост, созревание и окончательное формирование.
Период размножения характеризуется тем, что первичные половые клетки делятся путём митоза, в результате чего, вначале образуется диплоидные сперматогонии. Во время роста сперматогонии накапливают в цитоплазме питательные вещества, размеры их увеличиваются и они преобразуются в первичные сперматоциты, которые также называют сперматоциты первого порядка. После этого, начинается период созревания, в котором они вступают в мейоз. Результатом произошедшего мейоза является образование сначала двух вторичных сперматоцитов, или сперматоцитов второго порядка, с последующим образованием четырёх гаплоидных клеток с большим количеством цитоплазмы – сперматид. В период формирования сперматиды формируют жгутик, превращаясь в сперматозоиды, утрачивая при этом почти всю цитоплазму.
Сперматозоиды – это очень мелкие подвижные мужские половые клетки, они состоят из головки, шейки и хвостика.
В головке имеется ядро и акросома, представляющая собой видоизменённый комплекс Гольджи, который обеспечивает в процессе оплодотворения растворение оболочки яйцеклетки. Шейка сперматозоида является местонахождением центриолей клеточного центра. Основа хвостика образована микротрубочками, которые и обеспечивают движение сперматозоида, также в нём находятся митохондрии, синтезирующие энергию АТФ для движения сперматозоида.
Образование женских половых клеток. Овогенез.
У человека процесс образования яйцеклеток (овогенез) происходит в яичниках.
Яйцеклетка – крупная половая клетка, содержащая гаплоидный набор хромосом и большое количество запасных питательных веществ, необходимых для последующего развития зародыша. Она покрыта четырьмя оболочками для предотвращения повреждения её различными факторами.
Овогенез проходит в три стадии, или периода, которые соответственно называются: размножения, роста и созревания. Периоды размножения и роста происходят ещё во внутриутробном состоянии организма человека. Из первичных половых клеток формируются диплоидные оогонии, превращающиеся затем в диплоидные ооциты первого порядка, или первичные ооциты. Далее следует период созревания, с протекающими в нём процессами митоза и цитокинеза. Этот период характеризуется неравномерным делением цитоплазмы материнской клетки, поэтому, вначале формируется один ооцит второго порядка, или вторичный ооцит, после чего из вторичного ооцита образуется яйцеклетка. Яйцеклетка имеет большой запас питательных веществ и сохраняет второе полярное тельце. Первое же полярное тельце делится на две части. Образовавшиеся полярные тельца забирают избыток наследственного материала.
Рис. 3 Сперматогенез и овогенез
Деление клетки как основа размножения, индивидуального развития организмов. Роль митоза и мейоза
Деление клеток – это основной процесс, который лежит в основе размножения, роста и развития всех живых организмов. В результате деления из одной материнской клетки образуется две дочерних идентичных материнскому организму клетки. Рост различных органов и тканей растений и животных возможен только благодаря процессу деления.
Роль митоза. Основным способом деления клетки является митоз. Его биологическое значение в том, что этот процесс лежит в основе роста и вегетативного размножения всех организмов, которые имеют в составе клетки ядро (эукариоты). Благодаря митозу, число хромосом в клеточных поколениях остаётся постоянным, таким образом, дочерний организм получает точно такой же набор хромосом, следовательно, такой же генетический материал, который содержался в ядре материнской клетки.
Роль мейоза. Биологическое значение мейоза заключается в том, что этот процесс поддерживает постоянное число хромосом при наличии полового процесса. Важным является то, что в процессе мейоза происходит кроссинговер, в результате которого происходит обмен генетической информацией и появление в хромосомах новых наследственных признаков. Таким образом, мейоз обеспечивает свойства комбинативной изменчивости, результатом которой служат новые сочетания признаков при дальнейшем оплодотворении.
Эти два процессы играют важнейшую роль в жизнедеятельности каждого организма. Именно они лежат в основе онтогенетического и филогенетического развития живых организмов.
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Описание презентации по отдельным слайдам:
Развитие половых клеток и оплодотворение Ондрина Г.А. У ПОКРЫТОСЕМЕННЫХ РАСТЕНИЙ Учитель биологии высшей категории Ондрина Г.А.
Развитие половых клеток у покрытосеменных растений Происходит в различных частях цветка: тычинках (пыльниках) и пестиках (завязи) Состоит из двух этапов: I этап спорогенез – формирование спор II этап гаметогенез - формирование гаметофита
Микроспорогенез (1n1c) и Микрогаметогенез (1n1c) Накопление материнских клеток пыльцы 2n2c 2n2c Митоз Мейоз 1n1c 1n1c 1n1c 1n1c 1n1c 1n1c Четыре гаплоидные микроспоры 1n1c Митоз Микроспорогенез Размножение Гаметогенез Мейоз Митоз Митоз Вегетативная клетка
Размножение. Митоз. Накопление материнских клеток пыльцы 2n2c I этап – микроспорогенез - это формирование микроспор в пыльниках тычинок. Процесс: мейотическое деление материнской клетки Результат: возникают четыре гаплоидные микроспоры 1n1c 1n
II этап - микрогаметогенез Процесс: два последовательных митотических деления Результат: 1 Митоз: образуется мужской гаметофит из двух клеток — крупная вегетативной 1n1c и мелкой генеративной1n1c После деления мужской гаметофит покрывается плотными оболочками и образует пыльцевое зерно. 2 Митоз: генеративная клетка делится с образованием двух неподвижных мужских половых клеток — спермиев. Значение: из вегетативной клетки после опыления формируется пыльцевая трубка, по которой спермии проникают в завязь пестика для оплодотворения 1n1c
1 этап микроспорогенез Митоз (материнские клетки пыльцы 2n2c) Мейоз ( 4 микроспоры - 1n1c) 2 этап гаметогенез Митоз (Вегетативная 1n1c генеративная 1n1c) Митоз (деление генеративной на 2 спермия: 1n1c и 1n1c
Формирование женского гаметофита 1n1c
1этап макроспорогенез Митоз. (Материнская клетка макроспора 2n2c) Мейоз. (4 клетки 1n1c) 3клетки погибают ; 1 клетка формирует зародышевый мешок 2 этап гаметогенез Митоз (2 клетки по 1n1c) Митоз (2 клетки по 1n1c) 2 = 4 клетки Митоз (2 клетки по 1n1c) 4 = 8 клеток Мейоз
Образование гаметофита Мужского Тычинка Пыльник (2n2c) Мейоз Микроспора, пыльцевое зерно (1n1c) Митоз Митоз 1 вегетативная клетка и 2 спермия (1n1c) Женского Пестик, завязь Семяпочка(2n2c) мейоз Мегаспора (1n1c) Митоз Митоз 8 ядер 8 клеток Митоз Яйцеклетка (1n1c), центральная клетка (2n2c) 2 клетки синергиды содержат ферменты для растворения оболочек пыльцевых трубок 3 клетки – антиподы передают питательные вещества в зародышевый мешок
Работа с текстом стр. 144 Развитие половых клеток Мужских Женских Название этапов Iэтап –микроспорогенез IIэтап -микрогаметогенез Iэтап –макроспорогенез IIэтапмакрогаметогенез Характеристика: Локализация процесса Тип деления клеток Результат деления Микроспорогенез (пользуясь текстом, дайте характеристику процесса) Макроспорогенез (пользуясь текстом, дайте характеристику процесса) Характеристика: Тип деления Результат деления Микрогаметогенез (пользуясь текстом, дайте характеристику процесса) Макрогаметогенез (пользуясь текстом, дайте характеристику процесса) Как распределяются клетки по функциям ? ?
Определите число хромосом и молекул ДНК у каждого элемента 1 – оплодотворённая яйцеклетка 2 – оплодотворенная центральная клетка 3 – синергиды 4 – антиподы 5 – эндосперм 6 - зародыш
Определите число хромосом и молекул ДНК у каждого элемента 1 4 - семядоли 5 - зародышевая почечка 6 - зародышевый стебелек 7 – зародышевый корешок
Задача № 3 Хромосомный набор соматических клеток пшеницы равен 28. Определите хромосомный набор и число молекул ДНК: в клетках семязачатка перед началом мейоза в конце телофазы мейоза I и телофазы мейоза II Объясните, какие процессы происходят в эти периоды и как они влияют на изменения числа ДНК и хромосом.
Ответ Перед началом мейоза 2n4c =28n56c в результате редупликации молекул ДНК в интерфазе в S- периоде В конце телофазы мейоза I n2c = 14n28c в результате расхождения бивалентов гомологичных хромосом к противоположным полюсам в анафазе; дальнейшего цитокинеза в телофазе I В конце телофазы мейоза II nc = 14n14c в результате расхождения сестринских хроматид к противоположным полюсам и цитокинезу
Задача № 6 В клетках эндосперма семян лилии 21 хромосома. Как изменится число хромосом и молекул ДНК в конце телофазы мейозаI и мейозаII по сравнению с интерфазой у этого организма? Ответ поясните
Ответ 1) Эндосперм цветковых растений имеет триплоидный набор хромосом 3n3c значит, в гаплоидном наборе 1n1c = 7n7c Перед началом мейоза хромосомный набор в клетках двойной 2n4c = 14n28c т.к. в интерфазе происходит удвоение молекул ДНК, поэтому число молекул ДНК- 28 или 4с 2) В первом делении мейоза расходятся гомологичные хромосомы, состоящие из двух хроматид, поэтому в конце телофазы мейоза I хромосомный набор в клетках одинарный n2c =7n14c 7 хромосом, число молекул ДНК- 14 3) Во втором делении мейоза расходятся хроматиды, поэтому в конце телофазы II мейоза хромосомный набор в клетках одинарный 1n1c 7n7c; 7 хромосом, число молекул ДНК равно одному-7
Гаметогенез у растений Как образуются гаметы у растений: Амитозом Мейозом Простым делением на две клетки Митозом
Задачи № 7 Какой хромосомный набор характерен для клеток зародыша и эндосперма семени, листьев цветкового растения. Объясните результат в каждом случае № 5 Хромосомный набор соматических клеток пшеницы равен 28. Определите хромосомный набор и число молекул ДНК в одной из клеток семязачатка перед началом мейоза, в анафазе мейоза I и анафазе мейоза II. Объясните, какие процессы происходят в эти периоды и как они влияют на изменение числа ДНК и хромосом
Задачи № 4 В клетках одного из видов пшеницы содержится 28 хромосом. Определите число хромосом и молекул ДНК при образовании пыльце в тычинке на стадиях профазы мейоза I, профазы II и телофазы мейоза II. Объясните полученные результаты
• Гаметогенез (от греч. γαμετη (гамете) — жена, γαμετης (гаметес) — муж, и γενεσις (генезис) — происхождение, возникновение) — это процесс образования зрелых половых клеток.
У покрытосеменных растений образование мужских половых клеток происходит в тычинках, а женских — в пестиках.
Развитие пыльцевых зерен
• Микроспорогенез — формирование микроспор в пыльниках тычинок.
В процессе мейотического деления материнской клетки образуются четыре гаплоидные микроспоры (рис. 4).
• Микрогаметогенез — образование мужских половых клеток.
Микрогаметогенез сопряжён с единственным митотическим делением микроспоры, дающим мужской гаметофит из двух клеток — крупной вегетативной (сифоногенной) и мелкой генеративной (рис. 4).
Рис. 4. Развитие пыльцевых зерен
После деления мужской гаметофит покрывается плотными оболочками и образует пыльцевое зерно.
В некоторых случаях ещё в процессе созревания пыльцы, а иногда только после переноса на рыльце пестика генеративная клетка делится митотически с образованием двух неподвижных мужских половых клеток — спермиев. Из вегетативной клетки после опыления формируется пыльцевая трубка, по которой спермин проникают в завязь пестика для оплодотворения.
Развитие зародышевого мешка и яйцеклетки
• Мегаспорогенез — образование мегаспор у растений.
В результате мейотического деления из материнской (археспореальной) клетки нуцеллуса образуются четыре макроспоры, три из которых погибают, а одна становится мегаспорой (рис. 5).
• Мегагаметогенез — развитие женских половых клеток у растений в завязи пестика.
Мегаспора три раза делится митотически, формируя женский гаметофит — зародышевый мешок с восемью ядрами. При последующем обособлении цитоплазм дочерних клеток одна из образовавшихся клеток становится яйцеклеткой, по бокам от которой лежат так называемые синергиды, на противоположном конце зародышевого мешка формируются три антипода, а в центре в результате слияния двух гаплоидных ядер образуется диплоидная центральная клетка (рис. 5).
Рис. 5. Развитие зародышевого мешка
Библиотека образовательных материалов для студентов, учителей, учеников и их родителей.
Наш сайт не претендует на авторство размещенных материалов. Мы только конвертируем в удобный формат материалы из сети Интернет, которые находятся в открытом доступе и присланные нашими посетителями.
Если вы являетесь обладателем авторского права на любой размещенный у нас материал и намерены удалить его или получить ссылки на место коммерческого размещения материалов, обратитесь для согласования к администратору сайта.
Разрешается копировать материалы с обязательной гипертекстовой ссылкой на сайт, будьте благодарными мы затратили много усилий чтобы привести информацию в удобный вид.
§ 32. Чередование способов размножения и поколений в жизненном цикле растений
*Образование половых клеток и оплодотворение у покрытосеменных
В § 29—3 вы познакомились с бесполым размножением растений, а сейчас более подробно рассмотрим половое размножение растений на примере покрытосеменных.
Вам уже известно строение и функции генеративного органа покрытосеменных — цветка. Рассмотрим процессы, протекающие в пыльнике тычинки и семязачатке завязи пестика.
Пыльник содержит пыльцевые гнезда (спорангии), в которых происходит образование спор. Из каждой материнской клетки путем деления образуется по четыре одноклеточные гаплоидные споры. Затем каждая спора делится на две клетки: крупную вегетативную и малую генеративную. Они покрываются двойной плотной оболочкой с порами, и образуется пыльцевое зерно (мужское половое поколение). После деления генеративной клетки формируются два спермия (мужские половые клетки без жгутиков). Все клетки в пыльцевом зерне гаплоидны.
Частью цветка, предопределяющей женский пол, является пестик . Он состоит из рыльца, столбика и завязи (см. рисунок в § 0—4). В завязи находится семязачаток (семяпочка), в котором снаружи имеются покровы. На верхушке семязачатка покровы не срастаются, и образуется пыльцевход. Одна из материнских клеток семязачатка вблизи пыльцевхода укрупняется, делится и образует четыре гаплоидные споры. Три из них погибают. Из четвертой споры после нескольких делений ядра и цитоплазмы образуется семь клеток. По три клетки с гаплоидным набором хромосом находится у каждого полюса, а между ними располагается крупная центральная диплоидная клетка. Одна из трех клеток у полюса возле пыльцевхода становится яйцеклеткой. Две соседние клетки называются клетками-синергидами, а три клетки на противоположном полюсе — клетками-антиподами. Образовавшаяся структура из семи клеток с яйцеклеткой представляет собой зародышевый мешок (женское половое поколение).
Перенос пыльцевого зерна из пыльника тычинки на рыльце пестика у покрытосеменных растений называется опылением. Оно может осуществляться с помощью насекомых, ветра, воды, птиц или самоопылением. После попадания на рыльце пестика пыльцевое зерно прорастает: вегетативная клетка вытягивается в длинную пыльцевую трубку, которая растворяет ткань столбика, проникает в полость завязи и через пыльцевход достигает зародышевого мешка. Спермии продвигаются по пыльцевой трубке, попадают в зародышевый мешок. Один из них оплодотворяет яйцеклетку зародышевого мешка, а второй сливается с центральной клеткой.
После образования зиготы в зародышевом мешке погибают синергиды. Центральная триплоидная клетка многократно делится, в результате чего образуется эндосперм, который содержит запас питательных веществ. Из зиготы формируется зародыш семени. После его образования антиподы погибают. Формирование семени и плода показано на схеме.
У некоторых растений в образовании околоплодника могут принимать участие чашечка и цветоложе.
Таким образом, семя образуется из семязачатка, а на месте завязи развивается плод.
Биологический смысл двойного оплодотворения весьма велик. В отличие от голосеменных, где эндосперм развивается до оплодотворения, у покрытосеменных эндосперм образуется лишь в случае оплодотворения. Это обеспечивает существенную экономию энергетических ресурсов. Клетки эндосперма содержат триплоидный набор хромосом, что приводит к увеличению размеров клеток и количества питательных веществ, повышающих устойчивость зародыша к неблагоприятным факторам.
Читайте также: