У мхов в отличие от других высших растений гаметофит преобладает над спорофитом

Обновлено: 07.07.2024

Гаметофит — это гаплоидная фаза жизненного цикла высших растений и водорослей, которая берет свое начало из спор и производит, в результате, половые клетки или гаметы.

Что такое спорофит?

Спорофит — это диплоидная фаза жизненного цикла растений и водорослей, результатом которой является производство спор.

В жизненном цикле растений наблюдается последовательное чередование спорофита и гаметофита. Гаметофиту отводится роль реализации полового размножения, а спорофиту — обеспечение бесполого типа воспроизведения организма.

У водорослей спорофит возникает из зиготы — внутри него формируются споры. Зигота образуется на половой гаплоидной фазе из женской гаметы — яйцеклетки. Важно, чтобы яйцеклетку оплодотворила мужская половая клетка.

Гаметофит — это гаплоидная фаза в жизненном цикле растительного организма. Он получает развитие из спор и формирует женские и мужские половые клетки. В результате слияния гамет формируется зигота — она дает гаплоидное поколение.

Формирование мужских гамет осуществляется из гаметангий или антеридий. У споровых и семенных растений гаметы имеют разные названия: в первом случае — сперматозоиды, во втором — спермиями.

Сперматозоиды подвижны — эта подвижность достигается за счет жгутиков. Женские гаметы, для сравнения — это неподвижная яйцеклетка: их образование происходит внутри женских гаметангиев.

Архегонии являются женскими гаметангиями растений.

Оплодотворение яйцеклетки наземной растительности осуществляется внутри архегония. Затем происходит спорообразование, и жизненный цикл проходит собственное чередование.

Наиболее заметно чередование поколений у споровых растений. Наблюдается раздельное нахождение гаметофита и спорофита у таких групп растений как:

У этих групп растений преимущество получило гаплоидное поколение. Жизненный цикл папоротников — хороший пример чередования поколений. Гаметофит у них представлен в виде маленького и недолговечного ростка, на котором вырастает спорофит.

У мхов фазы не разделяются — в этом случае коробочка со спорами формируется на гаметофите. Что касается цветковых растений, то мужские гаметы здесь формируются внутри тычинок, которые осуществляют перенос мужских половых клеток на пестики.

Гаметофит голосеменных имеет особенность. У голосеменных растений семена находятся в открытом виде в шишках, при этом процесс оплодотворения практически не отличается от процесса, происходящего у покрытосеменных. Развитие семени голосеменных происходит из семязачатка (он открыт на семенной чешуе), а у покрытосеменных семя находится внутри плода (мужской гаметофит покрытосеменных).

Выделяют несколько этапов в жизненном цикле растительных организмов:

формирование спорофита и спор;
преобразование спорофита и спор в молодой гаметофит;
образование гамет.

Особенности гаметофита и спорофита

Остановимся подробнее на том, что такое спорофит и гаметофит.

Гаметофит и спорофит растений отличаются как минимум по двум критериям: размеру и этапу оформления.

Также, к примеру, гаметофит относится к гаплоидам и характеризуется наличием одинарного набора хромосом. Спорофит же относится к диплоидам и обладает двойным набором хромосом.

Гаметофит обеспечивает половое размножение, а спорофит — бесполое.

С началом в гаметофите мейоза происходит запуск процесса образования гамет — эти гаметы отличаются высокой активностью.

У большинства растений в жизненном цикле преобладает спорофит. Это связано с определенными преимуществами, которые он обеспечивает. Если среда водная, то у гамет есть возможность передвигаться. А вот в наземно-воздушной среде у растений нет возможностей для перемещения собственных спор. Диплоидные растения легче сохраняют рецессивные признаки в сложных условиях на поверхности земли. Эти признаки в дальнейшем могут обеспечить выживание.

У разных групп растений соотношение спорофита и гаметофита разное. К примеру, для высших растений (за исключением мхов) характерно преобладание гаплоидности. Этому есть объяснение: в природе наличие семени важно для дальнейшей жизни. Гаметофит отвечает за реализацию непосредственного оплодотворения. Споры же нужны для распространения и произрастания вида на планете.

Только диплоидные организмы способны справляться с резкой сменой условий обитания. По этой причине диплоидное поколение преобладает у наземных растений, а у подводных растений чаще встречается гаметофит или гаплоидная часть.

К примеру, для одноклеточных водорослей (хламидомонад) характерно преобладание гаплоидности на протяжении всего периода жизни.

Отличия гаметофита от спорофита заключаются в:

мейоз — способ образования спор из спорофита;
гаметофит образуется из споры;
как результат мейоза — образование половых клеток из гаметофита.

Для зиготы и спорофита характерны диплоидные свойства, а вот споры и гаметофит связаны с гаплоидностью.

В изучении особенностей спорофита и гаметофита важны следующие моменты:

гаметофит папоротников, гаметофит плаунов и хвощей — это их заросток;
образование половых клеток происходит только в органах гаметофита;
женский гаметофит цветковых растений — это зародышевый мешок. В нем находится 7 клеток, в том числе яйцеклетка и центральная клетка с диплоидным набором хромосом;
в состав мужского гаметофита входят вегетативная клетка, превращающаяся в пыльцевую трубку, и генеративная клетка, продуцирующая образование двух спермиев. Один из спермиев сливается с яйцеклеткой, а второй участвует в оплодотворении центральной клетки. Как результат — появляется диплоидная зигота и триплоидный эндосперм.

Разделение спорофита и гаметофита — важный этап эволюционного процесса растений, который обусловил их высокий уровень приспособленности к окружающей среде.

Мхи очень интересный вид растений, который пошел своей дорогой выбравшись на сушу. В отличии от водорослей мхи уже обзавелись некоторыми упрощенными органами и тканями. У мхов появились стебель, листья, покровные и проводящие ткани. Но мхи - это самые примитивные высшие растения. У других высших растений появляются корни, а ткани более развиты. У мхов вместо корней имеются ризоиды, а ткани настолько примитивны, что мхам приходится оставаться очень низкорослыми. Кроме того, у мхов главным оказывается гаметофит, а у других растений спорофит. То есть мхи используют размножение с помощью гамет, половых клеток, которые вырабатываются в гаметофите, отдельном растении с листьями и стеблем, а вот спорофит у мхов - маленькая похожая на водоросль ниточка.

Моховидные, или Мхи, или Настоящие мхи, или Бриофиты (лат. Bryophyta) — отдел высших растений, насчитывающий около 10 000 видов, объединённых примерно в 700 родов и 110—120 семейств (общее число всех мохообразных, включая Печёночные мхи и Антоцеротовые мхи, составляет около 20 000 видов). Как правило, это мелкие растения, длина которых лишь изредка превышает 50 мм; исключение составляют водные мхи, некоторые из которых имеют длину более полуметра, и эпифиты, которые могут быть ещё более длинными. Моховидные, как и другие Мохообразные, отличаются от других высших растений тем, что в их жизненном цикле гаплоидный гаметофит преобладает над диплоидным спорофитом.

Ранее в этот отдел, помимо класса листостебельных мхов, или собственно мхов (в ранге класса — Bryopsida), включали также Печёночные мхи (в ранге класса — Marchantiopsida, или Hepaticopsida) и Антоцеротовые мхи (в ранге класса — Anthocerotopsida), но сейчас эти таксоны повышены до уровня собственных отделов Marchantiophyta и Anthocerotophyta. Для обозначения совокупности этих трёх отделов используется неформальный собирательный термин мохообразные (Bryophytes).

Раздел ботаники, предметом изучения которого являются мохообразные, называется бриологией.

История.

Многие данные указывают на то, что мхи, как и другие споровые растения, произошли от псилофитов (риниофитов) — группы древних вымерших наземных растений. При этом спорофит мхов рассматривается как конечный результат редукции разветвлённого спорофита предковых форм.Есть и другая точка зрения, согласно которой мхи, плауновидные и риниофиты имеют общее происхождение от ещё более древней группы растений.Ранние палеонтологические находки датируются концом девона — началом карбона.

Биологическое описание

У мхов нет цветков, корней и проводящей системы. Размножаются мхи спорами, которые созревают в спорангиях на спорофите. В жизненном цикле, в отличие от сосудистых растений, преобладает гаплоидный (то есть с одинарным набором непарных хромосом) гаметофит (половое поколение). Гаметофит мхов — многолетнее зелёное растение, нередко с листоподобными боковыми выростами и корнеподобными выростами (ризоидами), в то время как спорофит (или бесполая стадия жизненного цикла) короткоживущий, быстро усыхает и состоит только из ножки и коробочки, в которой созревают споры.

Спорофит моховидных (носящий название спорогоний, или спорогон), имеет более простое строение, чем у других групп высших растений. Он не способен укореняться и располагается на гаметофите. Спорофит состоит, как правило, из трёх элементов:

коробочка (или спорангия), в которой развиваются споры;
ножка (или спорофора), на которой располагается коробочка;
стопы, обеспечивающей физиологическую связь с гаметофитом.

Хлоропласты в клетках Plagiomnium affine из семейства Mniaceae

Со мхами не следует путать так называемый Олений мох (Ягель), поскольку олений мох — собирательное название для нескольких лишайников.

Распространение

Мох, покрывший камни

Мхи встречаются на всех континентах, в том числе в Антарктиде, нередко в экстремальных условиях обитания.

Обычно мхи образуют плотные скопления в затенённых местах, нередко в непосредственной близости от воды, хотя могут встречаться и на относительно открытых, сухих участках. Среди моховидных есть виды, живущие в пресноводных водоёмах. Морских обитателей нет, хотя некоторые виды поселяются на скалах в полосе прибоя.

Значение мхов

Участвуют в создании особых биоценозов, особенно там, где почти сплошь покрывают почву (тундра).
Моховой покров способен накапливать и удерживать радиоактивные вещества.
Играют большую роль в регулировании водного баланса ландшафтов, так как способны впитывать и удерживать большое количество воды.

В деятельности человека:

Могут ухудшать продуктивность сельскохозяйственных земель, способствуя их заболачиванию.
Предохраняют почву от эрозии, обеспечивая равномерный перевод поверхностного стока вод в подземный.
Некоторые сфагновые мхи применяются в медицине (в качестве перевязочных средств при необходимости).
Сфагновые мхи — источник образования торфа.

Классификация

Листостебельные представители моховидных имеют ряд признаков, которые отличают их от остальных высших растений.

У них отсутствуют корни; прикрепление к субстрату (частично и всасывание воды) осуществляется одним или многочисленными ризоидами — выростами эпидермы. Поглощение воды происходит главным образом нижней частью стебля или телом всего растения (сфагновые мхи).Вегетативные органы сформированы ассимиляционной, проводящей, запасающей и покровной тканями. Однако в отличие от других высших растений у моховидных отсутствуют настоящие сосуды и механические ткани. На стебле зеленых мхов по спирали расположены бесчерешковые листья, имеющие цельную пластинку с жилкой или без нее.Это единственная группа растений, эволюция которой связана с регрессивным развитием спорофита и преобладанием в жизненном цикле гаметофита. Спорофит моховидных —спорогон — состоит из коробочки и ножки, нижняя расширенная часть которой — стопа -— внедряется в ткань гаметофита и доставляет спорофиту воду и питательные вещества. Спорофит, таким образом, лишен самостоятельности и полностью зависит от гаметофита.

Основная функция спорофита — образование спор, которые в благоприятных условиях прорастают. С момента прорастания споры начинается развитие гаметофита — полового поколения моховидных. Прежде всего развивается разветвленная нитчатая (у большинства мхов) или пластинчатая (у сфагнума) протонема, на которой закладываются почки. У одних мхов из почек протонемы формируются пластинчатые слоевища, у других — листостебельные побеги гаметофита (взрослого мха), на которых развиваются органы полового размножения — антеридии и архегонии.

Самую многочисленную группу моховидных составляет класс Настоящие мхи (около 10 тыс. видов), включающий зеленые и сфагновые мхи.

Зеленые мхи.

Они встречаются повсеместно: произрастают на почве, стволах деревьев, скалах и крышах домов, но наиболее широко распространены в сырых лесах, образуя сплошной зеленый ковер. Один из наиболее известных и самых распространенных мхов — кукушкин лен, образующий густые дерновинки из прямостоячих неветвистых стеблей, густо покрытых узкими линейно-ланцетными листьями.Архегонии и антеридии формируются на верхушках стеблей разных особей, которые обычно растут рядом. В антеридиях созревают двухжгутиковые сперматозоиды, в архегониях — по одной неподвижной яйцеклетке. Оплодотворение происходит во время дождя или при обильной росе, поскольку сперматозоиды могут подплыть к архегонию только в воде. Из зиготы здесь же, на верхушке женского гаметофита, развивается спорофит .Внутри коробочки спорогона размещается спорангий, в котором образуются гаплоидные споры. После созревания споры высыпаются из коробочки, разносятся ветром и в благоприятных условиях прорастают, образуя протонему в виде зеленой разветвленной нити. На ней закладываются почки, из которых со временем развиваются листостебельные растения мха.Зеленые мхи способны также к вегетативному размножению молодыми побегами, почками, листьями, выводковыми телами.

Сфагновые мхи.

К сфагновым (белым, или торфяным, мхам) относится примерно 350 видов, составляющих один род сфагнум. Они распространены по всему миру, но наиболее обильно представлены на верховых болотах, где господствуют над всеми остальными видами растений.Строение сфагновых мхов отличается рядом особенностей. У них отсутствуют ризоиды, поэтому вода с растворенными минеральными солями поступает непосредственно в клетки листа и стебля. Стебель гаметофита несет мутовки ветвей, густо покрытых листьями, которые на верхушке главной оси образуют розетку в виде головки почковидной формы. Некоторые боковые, более длинные веточки свешиваются вдоль стебля и плотно прилегают к нему, создавая своеобразную проводящую систему наподобие фитиля, по которому поднимается вода.

Листья сфагновых мхов не имеют средней жилки. Все они состоят из двух типов клеток: живых — ассимилирующих, длинных и узких, с хлоропластами, и мертвых (без протопласта), с утолщениями на стенках и порами. Подобные клетки без живого содержимого присутствуют и в стебле. Благодаря такому анатомическому строению стебля и листа сфагнум способен впитывать и удерживать большое количество воды, которая в 30— 40 раз превышает массу самого растения. Поэтому почва, где поселяются эти мхи, постепенно переувлажняется и заболачивается.

Антеридии и архегонии сфагнумов образуются либо на разных особях, либо на разных веточках одного и того же растения. После оплодотворения из зиготы формируется шаровидная коробочка на ложноножке, являющейся частью гаметофита. При вскрытии коробочки зрелые споры разлетаются на расстояние до 10 см и прорастают, образуя пластинчатую протонему с ризоидом. Из почки на протонеме вырастает гаметофит.

Особенностью сфагновых мхов является беспрерывное нарастание стебля верхушкой и отмирание нижней части. Однако полного сгнивания отмерших частей не происходит, так как в пере-увлажненной почве мало кислорода, а вследствие выделения сфагнумом специфических органических кислот создается кислая среда, в которой прекращается развитие почвенных микроорганизмов (бактерий, грибов и др.), разлагающих растительные остатки. В течение длительного времени происходит накопление значительных запасов органических веществ в виде торфа. Процесс образования торфа идет очень медленно: слой торфа в 1 см накапливается за 10 лет, толщиной в 1 м — за тысячу лет.

Спорофит и гаметофит – поколения в жизненном цикле растений, которые постоянно чередуются друг с другом. Это означает, что у них происходит чередование полового с бесполым размножением.

Гаметофит отвечает за половое размножение, а спорофит – за бесполое. Тема, возможно, кажется нелегкой для школьников, однако вопросы по ней часто встречаются в заданиях в ЕГЭ и ОГЭ по биологии, потому следует разобраться.

Что такое гаметофит и спорофит в биологии

Спорофит – одно из чередующихся поколений, относится к бесполому. Многоклеточная диплоидная фаза, происходящая в период жизни водорослей и растений.

Бесполое развитие происходит из зиготы, в которой появляются споры. Образование зиготы происходит на половой гаплоидной фазе из женской яйцеклетки, оплодотворенной мужской гаметой.

Гаметофит — гаплоидная или половая фаза в жизненном цикле растений, которая, в свою очередь, развивается из спор и производит половые мужские и женские клетки, или гаметы. Когда гаметы сливаются вместе или оплодотворяются, снова наступает гаплоидное поколение.

Гаметы бывают двух видов:

Мужские гаметы. Появляются из мужских гаметангий – антеридий. У споровых и водорослей они называются сперматозоидами, у семенных – спермиями. Отличаются между собой подвижностью, сперматозоиды имеют жгутики, поэтому могут двигаться.

Женские гаметы, представляющие собой неподвижные яйцеклетки. Образуются в женских гаметангиях, которые носят название – архегонии.

У наземной растительности оплодотворение яйцеклетки происходит в архегонии, после которого появляются споры. Жизненный цикл продолжает свое чередование.

Чередование поколений особо выражено у споровых растений. У папоротников, плаунов, хвощей гаметофит находится раздельно от спорофита, но преобладает гаплоидность.

Гаметофит выражен недолговечным маленьким ростком, на котором затем вырастает спорофит. У мхов нет разделения между фазами, коробочка со спорами развивается на гаметофите.

Цветковые или покрытосеменные растения для размножения используют опыление, когда мужские гаметы в тычинках переносятся к женским в пестиках. У голосеменных растений семена находятся в открытом виде – шишках, и оплодотворение происходит, как и у покрытосеменных.

Однако семя голосеменных развивается из семязачатка, который открыт на семенной чешуе, у покрытосеменных оно находится внутри плода.

Схема жизненного цикла высших растений проста: постоянное чередование полового (гаплоидного) с бесполым (диплоидным) поколением.

Гаметофит и спорофит могут отличаться по размеру и этапам формирования.

Относятся к гаплоидам, имеют только один набор хромосом.

Относятся к диплоидам из-за наличия двух наборов хромосом.

Размножение происходит половым путем.

Размножение происходит бесполым способом.

Для процесса характерно образование гамет – мужских и женских половых клеток: спермий, яйцеклеток и сперматозоидов.

Для стадии характерно образование специальной клетки – споры, предназначенной бесполому размножению.

Образование гамет происходит, когда в гаметофите начинается деление (митоз) из гаплоидных клеток.

Образование спор происходит, когда в спорофите начинается деление (мейоз) из диплоидных клеток.

При оплодотворении женской гаметы мужскими образуется зигота. Затем из зиготы образуются споры.

Когда спора делится способом, который называется митоз, наступает диплоидная фаза жизненного цикла.

Почему в жизненном цикле растений преобладает спорофит?

в водной среде происходит передвижение гамет, а на поверхности земли растения не способны перемещать свои споры;

из-за изменчивых условий на поверхности земли диплоидным организмам легче сохранить рецессивные признаки, которые могут стать необходимыми для выживания в изменившейся среде обитания.

В жизни покрытосеменных, голосеменных, большей части споровых, кроме мхов, преобладает гаплоидность. Обусловлено это тем, что в природе важно наличие семени для дальнейшей жизни.

Гаметофит – это, непосредственно, оплодотворение, а спорофит – появление спор. Споры необходимы для дальнейшего распространения, произрастания вида растения на земле.

Именно диплоидный вид организма способен вынести меняющиеся условия наземной жизни.

Споры папоротника

Поэтому диплоидное поколение преобладает у наземных растений, у подводной растительности – водорослей преобладает гаплоидная часть. Даже одноклеточные водоросли - хламидомонады, имеют преобладающую гаплоидность на протяжении своей жизни.

Примеры решения задач

Задача 1

Какой хромосомный набор у клеток гамет и заростка папоротника? Каким способом происходит деление этих клеток?

Заросток с гаметой папоротника обладают гаплоидным набором хромосом. Гаметы папоротника образуются с помощью митоза из клеток гаметофита в архегониях.

Задача 2

У соматических кукурузных клеток 20 хромосом. Какой набор хромосом содержат клетки пыльцы?

В генеративной клетке пыльцы содержится 10 хромосом, так как она образуется в процессе митоза.

Задача 3

Каким хромосомным набором обладают листья и заросток папоротника? Каким видом деления и из чего образуются эти клетки?

Взрослые клетки листьев характеризуются диплоидном хромосомным набором, заростка – гаплоидным, так как образуется из споры.

Читайте также: