Половое размножение

Половое размножение происходит при участии половых клеток — гамет.Этот тип размножения встречается прак­тически у всех представителей живой природы, и чаще все­го — это размножение с оплодотворением. Цитологические основы полового размножения — мейоз и оплодотворение (в случае размножения с оплодотворением).

Женские гаметы — яйцеклеткиобычней неподвижны, имеют большие размеры, содержат много питательных ве­ществ — желтка. В зависимости от того, сколько яйцеклет­ка содержит желтка и как он распределен в цитоплазме клетки, яйцеклетки подразделяются на несколько типов: изолецитальные (содержат немного желтка, который рас­пределен в цитоплазме равномерно); телолецитальные (со­держат много желтка, который сосредоточен у одного из по­люсов клетки); центролецитальные (желток находится в центре клетки, а цитоплазма — на периферии); алецитальные (практически не содержат желтка, имеют очень ма­ленькие размеры).

Мужские половые клетки — сперматозоиды — это под­вижные клетки небольших размеров, как правило имеющие головку, шейку и хвост, хотя у представителей разных видов форма может быть неодинаковой. В головке располагается ядро клетки, немного цитоплазмы и акросома — видоизме­ненный комплекс Гольджи. В шейке находятся митохондрии и центриоли. Хвост образован микротрубочками.

Суть полового размножения у растений состоит в формиро­вании растением специализированных клеток - гамет, которые в дальнейшем сливаются, образуя зиготу. Из зиготы вырастает новое растение.

Гаметы могут различаться между собой по форме, величине, подвижности. Если сливающиеся (копулирующие) гаметы одина­ковы по форме, величине, подвижности, их называют изогамета-ми, а половой процесс - изогамным (хитридиевые грибы и равно-жгутиковые зеленые водоросли).

Если гаметы одинаковы по форме, но женская гамета более крупная и менее подвижная, чем мужская, их называют гетерога-метами, а половой процесс - гетерогамным (водоросли и часть хитридиевых грибов).

Оогамным называют половой процесс, когда женская гамета крупная, неподвижная, шаровидная (яйцеклетка), а мужская очень маленькая и подвижная (сперматозоид) (характерен для грибов, водорослей, высших растений). Специализация гамет является по­казателем уровня эволюции.

Гаметы формируются у растений в специальных органах -гаметангиях: мужские - в антеридиях, женские - у низших расте­ний в оогониях, у высших в архегониях. У низших растений гаметангии одноклеточные, а у высших - многоклеточные.

У грибов тип полового процесса - зигогамия (слияние не­специализированных клеток).

Если происходит слияние двух одноклеточных вегетативных особей без образования гамет, то такой половой процесс называют гологамией.

У покрытосеменных растений процесс формирования поло­вых клеток состоит из двух этапов: спорогенеза и гаметогенеза.

 Микроспорогенез - процесс образования микроспор в мик­роспорангиях (гнезда пыльника), где в результате митозов возни­кают материнские клетки пыльцы, которые вступают в мейоз. По­сле двух мейотических делений образуется четыре гаплоидные микроспоры, которые некоторое время лежат рядом, а затем распа­даются на отдельные микроспоры - пыльцевые зерна.

Пыльцевое зерно покрыто двумя оболочками - интиной (внутренняя) и энзиной (внешняя). Затем внутри пыльцевого зерна происходит микрогаметогенез - два последовательных митотических деления. В результате первого образуются вегетативная и ге­неративная клетки, а после второго деления из генеративной клет­ки образуются два сперм ия. Микрогаметогенез - процесс образования мужского гаметофита из микроспор.

Макроспорогенез - процесс формирования мегаспор - про­исходит в тканях семяпочки. В области микропиле начинает раз­растаться одна клетка - мегаспороцит, или материнская клетка мегаспор. В ней происходит мейоз, и образуются четыре гаплоид­ные клетки. Одна из этих клеток развивается в зародышевый ме­шок, а три разрушаются. Далее начинается макрогаметогенез -формирование женского гаметофита. В процессе гаметогенеза про­исходит несколько митотических делений; после трех делений об­разуется восьмиядерный зародышевый мешок. Ядра в дальнейшем обособляются в самостоятельные клетки. Одна из этих клеток с двумя клетками-синергидами располагается возле микропиле. Микропиле - место, где происходит процесс проникновения спермиев. Синергиды содержат ферменты, которые растворяют обо­лочки пыльцеэых трубок.

На противоположной части зародышевого мешка располага­ются три клетки-антиподы (передатчики питательных веществ из семяпочки $ зародышевый мешок). Из образовавшихся 8 клеток две оставшиеся занимают центральное место в зародышевом меш­ке; очень часто они сливаются и образуют центральную диплоидную клетку.

Оплодотворение

Оплодотворение — процесс слияния двух половых кле­ток (яйцеклетки и сперматозоида), в результате чего обра­зуется оплодотворенное яйцо или зигота. Слияние ядер по­ловых клеток приводит к восстановлению диплоидного на­бора хромосом в зиготе и возникновению новой комбинации генов у потомков (один набор хромосом и генов яйцеклет­ки — от материнского организма, другой — сперматозоида — от отцовского организма). В этом состоит биологический смысл оплодотворения.

Оплодотворение бывает наружное и внутреннее. Кроме того, различают перекрестное оплодотворение (в оплодотво­рении участвуют половые клетки разных организмов) и са­мооплодотворение (крайне редкое явление в животном мире и нередкое среди растений), при котором сливаются поло­вые клетки одного организма.

Как правило, один сперматозоид сливается с яйцеклет­кой (моноспермия). Иногда несколько сперматозоидов про­никают в яйцеклетку (полиспермия), но ядро только одного из них сливается с ядром яйцеклетки. Такое оплодотворе­ние встречается у отдельных видов насекомых, некоторых акул, птиц и млекопитающих.

Следует отметить, что у большинства видов не только животных, но и растений половые клетки — яйцеклетки и сперматозоиды (спермин у семенных растений), сильно от­личаются друг от друга по размерам, форме и внутреннему строению, у других — клетки различаются в незначитель­ной степени, либо не отличаются вовсе. В связи с этим вы­деляют различные виды полового размножения.

Оогамия — яйцеклетка неподвижна и значительно боль­ше мужской половой клетки (большинство видов живых ор­ганизмов).

Анизогамия — половые клетки отличаются друг от дру­га, но незначительно (жгутиковые, водоросли).

Изогамия — половые клетки не различаются (водоросли).

Опыление

Образование пыльцы и зародышевого мешка у большинства растений завершается одновременно. Процессу оплодотворения предшествует процесс опыления. Это процесс переноса пыльцы из пыльни­ков тычинок на рыльце пестика.

Пыльца, попав на рыльце пестика, удерживается на нем за счет специальных приспособлений, а затем начинает прорастать.

Цитоплазматическая мембрана пыльцевого зерна выпячива­ется и образует пыльцевую трубку, в которую с помощью цито­плазмы попадают вегетативное ядро и генеративная клетка. По ме­ре прохождения пыльцевой трубки через ткани столбика в ней из генеративной клетки образуются два спермия. Через пыльцевход пыльцевая трубка достигает зародышевого мешка, стенки которого разрушаются, а содержимое изливается вблизи яйцеклетки. Один из спермиев сливается с яйцеклеткой - происходит оплодотворение с образованием зиготы, из которой будет развиваться зародыш. Второй спермий сливается с центральной диплоидной клеткой, образуя триплоидную клетку, из которой возникает в дальнейшем эндосперм-питательная ткань. Такой процесс оплодотворения, в котором участ­вуют оба спермия, называют двойным оплодотворением.

Этот процесс в 1898 г. открыл русский ученый С. Г. Навашин. После процесса оплодотворения семяпочка начинает разрас­таться и превращаться в семя.

Далее учитель предлагает учащимся в § 20 прочитать о том, в чем заключается биологический смысл двойного оплодотворения.

Смысл двойного оплодотворения заключается в образовании эндосперма - пищи для зародыша; это обеспечило цветковым растениям преимущества перед другими группами растений.