У покрытосеменных антеридии и архегонии
Обновлено: 05.10.2024
Высшие растения, в отличие от низших, характеризуются рядом признаков более высокой организации.
Прежде всего это растения, вышедшие на сушу, утерявшие связь с первичной, водной средой. Новая обстановка, периодическая увлажненность среды обитания, нередко продолжительные, засушливые периоды привели к выработке у высших растений ряда специфических черт, отличающих их от низших растений.
Высшие растения имеют сложно построенные органы. Тело их расчленено на стебель и листья. Громадное большинство высших растений имеет корень.
Половые органы высших растений многоклеточные (антеридии и архегонии). У низших растений половые органы всегда одноклеточные (оогонии).
Архегоний представляет собой многоклеточное тельце, состоящее из нижней, расширенной части — брюшка — и верхней, суженной — шейки (рис. 297).
В брюшке архегония, стенка которого составлена бесплодными клетками, находится яйцеклетка — женская гамета. Над яйцеклеткой расположена брюшная канальцевая клетка (рис. 297, 1, б). Стенка шейки также образована бесплодными клетками, а внутри, вдоль шейки, расположены шейковые канальцевые клетки (рис. 297, ш).
К моменту созревания яйцеклетки канальцевые клетки (как шейковые, так и брюшная) ослизняются и архегоний на верхушке вскрывается. От верхушки шейки к яйцеклетке ведет канал, заполненный слизью, образовавшейся из расплывшихся канальцевых клеток. По этой слизи сперматозоид проникает в брюшко архегония, где и сливается с яйцеклеткой, производя оплодотворение (рис. 297, 3).
Архегоний встречается у всех высших растений, за исключением последней группы их — покрытосеменных растений, а также некоторых голосеменных растений (Gnetum и Welwitschia из порядка оболочкосеменных). В эволюционном развитии высших растений можно проследить постепенное упрощение архегония и, наконец, почти полную его утрату.
Репродуктивные (лат. reproductio — воспроизведение) органы являются наиболее специализированными образованиями, выполняющими функцию бесполого (спорангии) или полового (антеридии, архегонии, а у покрытосеменных — цветки) размножения.
Спорангии — одноклеточные (у водорослей) или многоклеточные (у высших растений) органы, в которых образуются споры. У моховидных они представлены коробочкой спорогона. Спорангии плауновидных, хвощевидных и папоротниковидных развиваются на спорофиллах или в их пазухах и могут быть одиночными или собранными в группы (сорусы). У разноспоровых папоротниковидных, в отличие от равноспоровых, спорангии двух типов — микро- и мегаспорангии, продуцирующие микро- и мегаспоры, из которых развиваются соответственно мужские и женские заростки.
У покрытосеменных микроспорангии — это пыльцевые камеры (гнезда) пыльника, а видоизмененный мегаспорангий (ну-целлус) представлен семязачатком. Образующиеся в них микро-и мегаспоры участвуют в формировании мужского (пыльцевое зерно) и женского (зародышевый мешок) гаметофитов.
Антеридии — небольшие овальные тельца, внешняя стенка которых покрыта одним, реже несколькими рядами стерильных клеток. В антеридиях образуются сперматозоиды, которые выходят из созревшего антеридия наружу и активно передвигаются только в воде.
Архегонии — небольшие колбообразные тельца, состоящие из нижней расширенной части, называемой брюшком, и верхней удлиненной — шейки. Снаружи архегонии окружают бесплодные клетки, защищающие его от высыхания. В брюшке находится неподвижная яйцеклетка. Над яйцеклеткой располагается брюшная канальцевая клетка, а внутри шейки — ряд шейковых каналь-цевых клеток.
Ключевое различие - Антеридия против Архегонии
Генерация гаметофитов является доминирующей у большинства несосудистых растений, таких как мохообразные, печеночники, хвойные и водоросли. Эти организмы демонстрируют смену поколений и производят мужские и женские гаметофиты для производства мужских и женских гамет для полового размножения. Мужской половой орган мужского гаметофита известен как антеридий. Антеридии обнаруживаются в андроцеи и производят мужские гаметы. Женский половой орган женского гаметофита - архегоний. Архегонии встречаются в гинецеи и производят женские гаметы. Антеридии производят большое количество подвижных сперматозоидов, в то время как архегонии производят по одной яйцеклетке в каждом архегонии, и эти семяпочки неподвижны. В ключевое отличие между антеридиями и архегониями заключается в том, что антеридии - мужские половые репродуктивные структуры, тогда как архегонии - женские половые репродуктивные структуры.
СОДЕРЖАНИЕ
1. Обзор и основные отличия
2. Что такое антеридии
3. Что такое архегония
4. Сходства между антеридиями и архегониями
5. Сравнение бок о бок - Антеридия и Архегония в табличной форме
6. Резюме
Что такое антеридии?
Антеридии - мужские репродуктивные части водорослей, папоротников, мхов, грибов и других нецветущих растений. Есть органы, производящие мужские гаметы этих организмов. Это гаплоидные структуры, означающие, что они содержат один набор хромосом (n). Антеридии расположены в андроциуме, который является основной репродуктивной структурой мужчин. Один или несколько антеридий могут находиться внутри андроцеция.
Антеридии можно увидеть в гаметофитном поколении. Антеридии представляют собой округлые по очертаниям образования. Однако они не имеют однородной формы. Они могут быть разными у разных видов. Они производят большое количество подвижных мужских гамет. Мужские гаметы обычно плывут к женским гаметам в этих организмах, и слияние происходит внутри архегония.
Что такое архегония?
Архегонии - это женская репродуктивная структура некоторых растений, производящих женские гаметы. Это соответствующие женские структуры антеридий. Архегонии - это многоклеточные гаплоидные структуры, расположенные в женском репродуктивном органе, известном как гинецей. Они наблюдаются в гаметофитных фазах этих растений.Архегонии состоят из длинных шейкообразных каналов с вздутым основанием. Их форму можно описать как конструкции, похожие на колбы. В основном они расположены на поверхности слоевища растений. Внутри архегонии образуются женские гаметы, а мужские гаметы достигают архегонии для слияния с женскими гаметами. Один архегоний обычно вмещает одну женскую гамету.
В чем сходство между антеридиями и архегониями?
- Антеридии и архегонии - гаплоидные структуры.
- Обе структуры отвечают за производство гамет.
- И то, и другое можно увидеть в гаметофитных фазах некоторых организмов.
В чем разница между антеридиями и архегониями?
Антеридия против Архегонии
Резюме -Антеридия против Архегонии
Половое размножение - это тип размножения, который происходит посредством слияния мужских и женских гамет. Мужские и женские гаметы производятся гаметофитами организмов. У мохообразных есть доминирующая гаметофитная фаза, и они производят гаметы для своего полового размножения. У мохообразных, некоторых несосудистых растений и водорослей мужской половой орган, производящий мужские гаметы (сперматозоиды), известен как антеридии (множественные антеридии). Это гаплоидная структура, производящая множество гаплоидных мужских гамет. Женский половой орган, производящий женские гаметы, известен как архегоний (множественное число архегоний). Архегониум - это многоклеточная гаплоидная структура, имеющая форму колбы с длинной шейкой и вздутым основанием. Каждый архегоний включает яйцеклетку, которая является женской гаметой. Антеридии производятся мужским гаметофитом, а женские гаметофиты производят архегонии. В этом разница между антеридиями и архегониями.
Вы можете скачать PDF-версию этой статьи и использовать ее в автономных целях в соответствии с примечанием к цитированию. Пожалуйста, скачайте PDF-версию здесь. Разница между антеридиями и архегониями.
Обзор
Растениям для любви часто необходим заинтересованный посредник
Автор
Редакторы
Рецензент
Генеральный партнер конкурса — ежегодная биотехнологическая конференция BiotechClub, организованная международной инновационной биотехнологической компанией BIOCAD.
Спонсор конкурса — компания SkyGen: передовой дистрибьютор продукции для life science на российском рынке.
Для нас, людей,— любовь,
А для травы иль дерева — цветенье.
Владимир Солоухин
Любовные отношения растений долгое время оставались для людей загадкой. Даже наличие пола у них отрицалось почти всё историческое время. Правда, античные философы, исходя из практических сельскохозяйственных знаний, склонялись к схожести в этом плане растений и животных, но их голоса затихли в сумрачном Средневековье, а в эпоху Возрождения так и не возродились. Только около 150 лет назад ученые постепенно и с неохотой признали факт наличия половых отношений в зеленом мире. И осознание этого факта потребовало пересмотра многих мировоззренческих установок [1].
Сейчас вопросы размножения растений изложены в любом учебнике по ботанике, но, к сожалению, столь невнятно, что большинство учеников не понимают тонкостей этого процесса, не видят самого главного отличия от животных, а посему не могут восхититься этим природным феноменом [2], [3]. Наш рассказ постарается устранить эту ошибку, разобрать детали, пофантазировать — а что, если бы так было у человека?
Едины в двух лицах
У высших наземных растений выделяют три типа размножения: половое, бесполое и вегетативное [4]. С последним типом знаком каждый садовод и цветовод. Оно осуществляется при делении материнского растения на дочерние посредством отмирания ползучих побегов или корневищ (у садовой земляники), отдельными побегами (у ивы), или специализированными частями, например, клубнями, луковицами. О нем говорить не будем, а два другие рассмотрим подробно.
Спорангий — это шаровидный мешочек, по экватору которого имеется кольцо клеток с утолщенными стенками, необходимое для рассеивания спор (рис. 1). По мере созревания спор стенка спорангия высыхает и растрескивается. Кольцо резко разворачивается, а затем быстро сворачивается, занимая прежнее положение. При этом споры разлетаются на расстояние до одного метра. Механизм срабатывания кольца напоминает механизм катапульты — метательной машины, приводимой в действие силами упругости скрученных волокон (сухожилий, ремней и т.п.) [6].
Рисунок 1. Схема вскрытия спорангия папоротника. Стрелками показаны движения спорангия и катапульты.
[5] (рисунок спорангия, переработанный автором статьи), рисунок катапульты авторский
Далее спора падает на почву и, если место оказывается подходящим, начинает прорастать. Но что вырастает из споры? Растение с перистыми листьями? Вот тут и начинается самое интересное.
Спора прорастает в маленькое растение — заросток, по форме напоминающий сердечко (рис. 2) [5]. Его можно разглядеть только в лупу. Листьев и корней у заростка нет, к почве он прикрепляется нитевидными ризоидами, но при этом самостоятельно фотосинтезирует и совершенно независим. Таким образом, несмотря на всю непохожесть заростка на растение с листьями, он тоже папоротник!
Рисунок 2. Микрофотография гаметофита папоротника (заростка), образовавшегося из споры
фото автора статьи
Со временем на заростке образуются женские и мужские половые органы папоротника. Женские называются архегониями, а мужские — антеридиями (рис. 3). Архегоний по форме похож на лабораторную колбу, с длинной шейкой и брюшком, в котором находится яйцеклетка. Форма антеридия напоминает продолговатый мешочек на ножке, внутри которого созревают сперматозоиды [7].
Рисунок 3. Микрофотография архегония и антеридия папоротника
фото автора статьи
В определенное время антеридий лопается, и сперматозоиды плывут к архегониям, для чего им необходима влажная внешняя среда. Затем один из них проникает через шейку внутрь архегония, достигает яйцеклетки и осуществляет оплодотворение. И тогда из оплодотворенной яйцеклетки развивается растение с листьями. Первое время оно живет за счет заростка, но потом последний отмирает, и растение с листьями начинает самостоятельную жизнь.
Как мы видим, у папоротника имеется бесконечный цикл смены двух очень разных поколений: спорофит сменяется гаметофитом, затем обратно (рис. 4). И в этом коренное отличие от позвоночных животных и человека. А теперь попробуем представить — а что, если бы люди размножались по типу папоротника (рис. 5).
Рисунок 4. Схема жизненного цикл папоротника
Рисунок 5. Схема жизненного цикла человека по типу папоротника
схема автора статьи
Мужчина и женщина, как организмы, имеющие пол, будут исполнять роли гаметофитов. И вот двое встречаются, влюбляются, сходятся. Затем решают завести ребенка, и случается замечательное событие, рождается, но кто? Рождается совершенно отличное от родителей существо. Оно может быть крупнее родителей или мельче, с тремя глазами или четырьмя руками, зеленого или синего цвета. Но именно оно является ребенком мужчины и женщины и относится к ним как к маме и папе. А главное — это существо бесполое! Про него нельзя сказать, что оно мужского или женского рода.
Проблемы возникнут не только в установлении родства, но и в обычной жизни: от оформления юридических документов и конституционных прав, до одежды и туалетных комнат. Нужна ли существам отдельная уборная, или они могут воспользоваться любой, ведь они все равно бесполые? Какое поколение будет играть ведущую роль, а какое подчиненную? Все ли будут наделены одинаковыми правами и свободами, или кто-то будет притесняемым борцом за равенство?
Рисунок 6. Мох политрихум Polytrichum и строение его спорофита подпись
Папоротники решили эту проблему однозначно: ведущее поколение — спорофит. К ним примкнули плауны и хвощи. А вот мхи и печеночники выбрали противоположный вариант: у них ведущее поколение — гаметофит (рис. 6).
Да, те подушки и ковры мхов, которыми мы любуемся в лесу и по которым так мягко ступать на болоте, — это половое поколение. Эти растения имеют стебли, у некоторых видов достигающие в длину до полуметра, широкие или узкие листья, а также антеридии и архегонии. Своим внешним видом и сложным внутренним строением они разительно отличаются от гаметофитов папоротников.
После оплодотворения из яйцеклетки развивается спорофит, но он не покидает материнское растение, так как утратил возможность жить самостоятельно и по многим параметрам сильно упростился. Спорофит мхов представляет собой коробочку со спорами на длинной ножке. Ни листьев, ни почек на спорофите нет. Однако коробочка имеет сложное строение: состоит из урночки и сбрасываемой крышечки, по краю урночки расположено кольцо зубцов, называемое перистомом и служащее для разбрасывания спор [4], [5], [7].
Тайная любовь семенных растений
Со споровыми растениями теперь все понятно, а как же семенные: цветковые, хвойные, цикадовые, гинкговые? Есть ли у них такой цикл? Когда от дерева отлетают семена, из них вырастают такие же деревья, и создается впечатление, что никакой смены поколений нет. Но это не так!
В большинстве случаев спорангии семенных растений в обучающей литературе называют семязачаток и пыльцевой мешок, без указания на истинную природу данных структур, что полностью сбивает с толку учащихся и рвет связующую нить с другими высшими растениями! Поэтому мы так поступать не будем [2], [3], [5].
В женском спорангии хвойных растений образуется всего одна спора, и она не высыпается из спорангия, а прорастает прямо здесь в маленький гаметофит, состоящий всего из нескольких десятков клеток (рис. 7, 8).
Рисунок 7. Схема строения женской шишки хвойного растения. Показано развитие споры в женский гаметофит.
схема автора статьи
Рисунок 8. Микрофотография продольного среза женской шишки хвойного растения (слева) и отдельного спорангия этой шишки (справа)
фото автора статьи
В этом состоит главное отличие от споровых растений, рассеивающих свои споры во внешнюю среду! Женский гаметофит имеет два полноценных архегония, но к самостоятельной жизни не способен и существует только за счет спорофита [4], [8].
Здесь можно усмотреть грубую аналогию с амфибиями и млекопитающими. Лягушки и тритоны откладывают икру в водоемы, где ей угрожают разные опасности, а млекопитающие сохраняют плод внутри своего тела, предохраняя его от возможных неприятностей. Папоротники, хвощи, плауны рассеивают споры, бросая их на произвол судьбы, семенные растения, сберегают их внутри специальных органов.
В мужском спорангии хвойных растений образуется много спор, каждая из которых прорастает в гаметофит, состоящий всего из пяти клеток (рис. 9, 10).
Рисунок 9. Схема строения мужской шишки хвойного растения. Показано развитие спор в мужские гаметофиты.
схема автора статьи
Рисунок 10. Микрофотография продольного среза мужской шишки хвойного растения (слева) и отдельных спорангиев этой шишки (справа)
фото автора статьи
Гаметофит так мал, что не разрывает оболочки споры, а остается внутри нее. Никаких антеридиев у него нет, их просто не из чего делать [4], [8]. Таким образом, мужские гаметофиты, скрытые под оболочками спор, — это и есть всем известная пыльца! Остановим здесь рассказ на мгновение, чтобы до конца прочувствовать этот факт, ведь о нем так редко упоминают в научно-популярной литературе.
А что же цветковые растения? Как, наверное, догадался читатель, деревья, кустарники и травы — это всё спорофиты, которые производят споры. Спорангии со спорами, из которых разовьются мужские гаметофиты, — это пыльники, а спорангии со спорами, которые дадут начало женским гаметофитам, — это семязачатки внутри завязей.
В женском спорангии цветковых растений образуется одна спора, которая прорастает здесь же в гаметофит, состоящий всего из восьми клеток, одна из которых станет яйцеклеткой (рис. 11).
Рисунок 11. Микрофотография поперечного среза завязи (слева) и ее отдельного гнезда (справа)
фото автора статьи
В мужском спорангии спор образуется больше одной, но не всегда много. Каждая из спор прорастает в гаметофит, состоящий всего из трех клеток (рис. 12). Оболочки споры он не покидает. Гаметофиты обоих полов живут за счет спорофита и не имеют архегониев и антеридиев, что дает интересную картину: репродуктивные органы у цветковых растений есть (это тычинки и пестики), а вот половых органов нет [4], [8].
Рисунок 12. Микрофотография поперечного среза пыльника (слева) и его отдельной камеры (справа)
фото автора статьи
Трудности романтических свиданий
В связи с тем что у семенных растений гаметофиты разнополые и расположены в разных частях спорофита, а иногда и на разных спорофитах, у этих представителей зеленого царства возникла огромная проблема — как мужскому гаметофиту оплодотворить женский? Спорофит, несущий женские гаметофиты, мог бы послать сигнал другой особи о своей готовности. Например, запахом — растения это умеют, и об этом знает каждый, кто вдыхал аромат цветов. Или сообщить с помощью изменения цвета. В этом тоже нет ничего необычного, мы знаем, как ярко окрашены лепестки околоцветника, а листья меняют цвет осенью. Вероятна и звуковая связь — деревья ведь скрипят на ветру. Но все это не имеет никакого смысла по одной простой причине — растения не перемещаются, они закреплены!
Все высшие растения закреплены и не могут перемещаться в поисках партнера. Вам могут прийти на ум растения, которые вроде как выбиваются из этого правила, например, перекати-поле. Но на самом деле в живом состоянии и они закреплены, а их надземный побег отмирает и отрывается уже после созревания семян. Далее он катится и рассеивает семена, и с опылением это никак не связано.
Можно было бы устроить перенос половых клеток, но это опасно, так как клетки очень чувствительны к внешнему воздействию. Семенные растения нашли хитрый выход — перенести целиком мужской гаметофит, надежно защищенный оболочкой споры, к женскому, иными словами осуществить опыление. Оказалось, это можно реализовать двумя путями.
Первый путь — с использованием динамичности среды обитания, то есть ветра и воды. Цветки ветроопыляемых растений мелкие и невзрачные, собраны в соцветия. Тычинки длинные, иногда свисающие, пыльцы в них образуется много. Цветут они или ранней весной до распускания листьев, как береза, клен, дуб, или летом, выбрасывая пыльцу строго по часам, как злаки. Травянистые растения произрастают тесными группами, как камыш, дабы не рассеивать драгоценную пыльцу на большие расстояния. Водоопыляемые растения, такие как роголистник или наяда, имеют много общего с ветроопыляемыми, только они полагаются на водные течения [9–11].
Второй путь — привлечь для данной миссии третью сторону, а именно животных, как раз способных перемещаться. С насекомоопыляемыми растениями знаком каждый. Цветки у них крупные, ярко окрашенные, с сильным запахом. В цветках много нектара и пыльцы. Птицеопыляемые растения произрастают в тропиках. Геликонию и монарду опыляют колибри, кигелию и стрелицию — нектарницы, а некоторые виды эвкалиптов — попугаи лори. Звереопыляемые растения немногочисленны и также произрастают в тропиках. Банан и голубую агаву опыляют летучие мыши, баобаб — крыланы, а фрейсинетию — крысы [9–11].
Группу человекоопыляемых растений можно выделить условно, с оговорками. Однако если бы человек не открыл искусственный способ опыления ванили, то эта пряность не была бы столь сильно распространена. Ваниль происходит из Центральной Америки, но выращивают ее по всему тропическому региону планеты. На родине растение опыляют пчелы из рода Мелипона (Melipona). В других частях света этих пчел нет. Поэтому всю остальную ваниль на плантациях опыляют исключительно люди, вручную, используя маленькие кисточки [11].
Из оплодотворенной яйцеклетки развивается зародыш нового спорофита. Вместе с окружающей защитной оболочкой он образует семя. Если сверху семя покрывают дополнительные структуры, получается плод [4].
Обобщая вышесказанное, отметим, что цикл смены двух поколений имеется у всех наземных высших растений, а репродуктивные (спорангии, шишки, пестики, тычинки) и половые (архегонии и антеридии) органы — это не одно и то же. Также отметим, что мужским половым клеткам семенных растений для оплодотворения не нужна внешняя влажная среда — ведь они движутся внутри другой клетки. Такого нет ни у каких наземных растений и животных, включая человека. Независимость мужских половых клеток от внешней влаги характеризует уровень приспособленности организма к наземной среде обитания. И в этом отношении семенные растения переплюнули всех!
Рисунок 13. Схема жизненного цикла человека по типу семенного растения
схема автора статьи
История любовных отношений у растений подходит к концу. Ее сюжет оказался сложным и запутанным, но при этом ярким и динамичным. Впрочем, не будем смотреть на цветы только с научной точки зрения, помня, что всегда найдется место романтике. Так что не забываем дарить друг другу репродуктивные органы растений, полные разнополых гаметофитов и украшенные ярким околоцветником!
Читайте также: