При бесполом размножении растений возможно деление родительской особи и вегетативное размножение.
Бесполое размножение широко распространено во всех группах растений. В простейшем виде при таком типе размножения родительская особь разделяется на две части, каждая из которых развивается в самостоятельный организм. Этот способ размножения, называемый делением, встречается, как правило, лишь у одноклеточных организмов. Клетка при этом делится путем митоза .
Многие многоклеточные организмы также способны успешно размножаться путем отделения жизнеспособных участков вегетативного тела, из которых формируются полноценные дочерние особи. Этот тип бесполого размножения в мире растений нередко называют вегетативным. Способность к вегетативному размножению очень характерна для растений и грибов на всех уровнях их организации, а также для некоторых низших групп животных. При таком размножении характерно восстановление целого организма из его части, называемое регенерацией.
Нередко при этом растения размножаются обрывками или частями таллома , мицелия или частями вегетативных органов. Многие нитчатые и пластинчатые водоросли , мицелии грибов , талломы лишайников свободно распадаются на части, каждая из которых легко становится самостоятельным организмом. Так могут размножаться и некоторые цветковые растения , обитающие в воде. Примером растения, размножающегося исключительно вегетативно, на территории Европы является двудомная элодея канадская (Elodea canadensis) , попавшая сюда из Северной Америки. При этом в Европу были занесены лишь женские экземпляры, не способные образовывать семена в отсутствие мужских растений. Несмотря на отсутствие семенного возобновления растение это исключительно быстро размножается и стремительно осваивает новые местообитания.
В практике сельского хозяйства разработано множество способов искусственного вегетативного размножения культурных растений, относящихся к самым разным жизненным формам. Так, многие кустарники и многолетние травы размножаются делением куста, корневищами и корневыми отпрысками. Лук , чеснок , лилии , тюльпаны , гиацинты , крокусы , гладиолусы и др. успешно размножаются луковицами и клубне-луковицами, отделяя дочерние луковички, или "детки", от материнских растений. В садоводстве особенно широко распространены формы вегетативного размножения с помощью черенков и прививки.
Черенком называют отрезок вегетативного органа, служащий для искусственного вегетативного размножения. Черенки могут быть стеблевыми, или побеговыми, однако некоторые растения могут размножаться также листовыми ( бегония , лилия) или корневыми ( малина) черенками. Разновидностью черенкования является размножение деревьев и кустарников отводками . В этом случае часть побега сначала специально прижимают к почве для укоренения и только потом отрезают. Отводки встречаются и в природе, при полегании ветвей пихты , липы , черемухи и других пород, способных укореняться таким образом. Черенками размножают многие плодовые, древесные и травянистые декоративные растения в открытом и закрытом грунте. При черенковании сохраняются все свойства материнского культурного растения, что очень важно, так как при семенном размножении многие специально отобранные путем селекции признаки легко утрачиваются.
Очень широко в садоводстве используется прививка, когда черенок или всего лишь вегетативная почка растения с нужными свойствами, так называемый привой, сращивается с более мощным и неприхотливым растением или подвоем. Прививка позволяет быстро размножить ценные растения и обеспечивает их ускоренное развитие, при полном сохранении нужных качеств. При этом прививаемое растение получает такие ценные свойства подвоя, как морозостойкость, устойчивость к грибным заболеваниям и неприхотливость к плодородию почвы. Разработано более 100 способов прививок. Многие сортовые растения, не образующие семян, размножаются исключительно с помощью прививок.
Размножение, или способность воспроизводить себе подобных — важнейшее свойство всех живых организмов.
У растений, как и у животных, существует два способа размножения — половой и бесполый. При половом размножении потомству передается генетическая информация от двух родительских особей, поэтому оно отличается от родителей. Этот способ возник позже бесполого, и является более прогрессивным. Возникающее при нем многообразие признаков и свойств у растений создает материал для естественного отбора и в конечном итоге эволюции. При бесполом размножении потомство наследует признаки только одной родительской особи, и фактически является ее клоном. Однако бесполое размножение в условиях, когда половой путь невозможен, помогает увеличить число особей и сохранить вид.
Бесполое размножение у растений
У растений выделяют две формы бесполого размножения — вегетативное, основанное на способности растений к регенерации отдельных частей растения, и размножение с помощью специально образованных клеток — спор.
Вегетативное размножение встречается как у одноклеточных, так и у многоклеточных растений. Например, многие одноклеточные водоросли размножаются с помощью митотического деления клетки на две.
Одноклеточные водоросли с плотными оболочками, например, хламидомонада, размножаются, образуя новые особи прямо внутри клетки.
затем оболочка клетки разрушается, и новые особи выходят наружу.
Вегетативное размножение у высших растений описано в отдельной статье
Размножение с помощью спор.
Споры — (от греч. spora — семя) — одноклеточные микроскопические зачатки организмов. Для их распространения и прорастания обычно требуется водная среда, поэтому они более характерны для водорослей. Споры со жгутиками называются зооспорами.
Из высших растений споры образуют моховидные и папоротники. В неблагоприятных условиях споры покрываются защитной оболочкой. При попадании же в подходящие условия, начинают прорастать.
Многоклеточные водоросли, например, улотрикс, могут размножаться как бесполым путем, образуя четырехжгутиковые зооспоры в отдельных клетках таллома, так и половым путем, с помощью слияния двух половых клеток — гамет.
Половое размножение
При половом размножении происходит образование мужских и женских половых клеток — гамет, несущих половину наследственной информации (гаплоидный набор хромосом). Мужские гаметы называются спермиями, (имеющие жгутики — сперматозоидами), они образуются в мужских половых органах, например, тычинках цветка, а женские — яйцеклетки, они образуются в семязачатках внутри завязи — утолщенной части пестика. Спермии и яйцеклетки могут образовываться как на разных растениях (двудомные растения) , так и на одном растении (однодомные растения). При слиянии мужской и женской половой клетки образуется зигота, клетка, несущая наследственную информацию обоих родителей. Поэтому из зиготы образуется организм с новыми признаками, отличными от родительских.
Иногда у растений, способных размножаться как половым, так и бесполым путем, происходит по очереди образование то бесполых особей — спорофитов, то половых особей — гаметофитов. Это явление называют чередованием поколений.
Чередование поколений наблюдается у некоторых водорослей, мхов, папоротников.
Иногда какая-то из фаз — спорофит или гаметофит, преобладает. Например, у мхов преобладает гаметофит, а у водорослей и папоротников — спорофит.
Для спорофитов и гаметофитов существуют особые названия, так, у мхов спорофит развивается на гаметофите, и поэтому называется спорогонием, гаметофиты у всех остальных растений называются заростками.
У папоротников заростки существуют самостоятельно, а у семенных они развиваются на спорофите, это пыльца(мужские гаметофиты, или заростки), и зародышевый мешок. (женский гаметофит). И пыльца, и зародышевый мешок развиваются из спор.
Пример чередования поколений:
Из зиготы, возникающей путем слияния двух гамет, вырастает спорофит. На спорофите развиваются спорангии со спорами, из которых вырастают гаметофиты, образующие гаметы.
Размножение растений - совокупность процессов, приводящих к увеличению числа особей некоторого вида; у растений имеет место бесполое , половое и вегетативное (бесполое и половое размножение объединяют в понятие генеративное размножение ). Изучение различных аспектов размножения является предметом репродуктивной биологии.
Бесполое размножение отличается от вегетативного тем, что при вегетативном размножении дочерняя особь, идентичная генетически материнской (клон ), обязательно получает фрагмент материнского организма, так как образуется из него; при бесполом размножении же этого не происходит.
В основе генеративного размножения лежит чередование двух ядерных фаз - гаплоидной и диплоидной. Это чередование обусловлено двумя альтернативными процессами - оплодотворением и редукционным делением (мейозом). У растений гаплоидная фаза, образующая гаплоидные гаметы, называется гаметофитом , а диплоидная фаза, формирующая гаплоидные споры, из которых развиваются гаметофиты, - спорофитом . Спорофит и гаметофит могут как отличаться друг от друга морфологически (гетероморфный жизненный цикл ), так и быть одинакового строения (изоморфный жизненный цикл ).
Отличие полового размножения от полового воспроизведения заключается в том, что в первом случае на гаметофите формируется единственный зародыш спорофита, а во втором - несколько. У большинства растений происходит половое воспроизведение
Бесполое размножение растений осуществляется гаплоидными спорами - апланомейоспорами . Они формируются в специальных органах - спорангиях . У водорослей в большинстве случаев спорангии одноклеточные (только у некоторых водорослей спорангии многоклеточные, но не дифференцированные на ткани).
У высших растений спорангии многоклеточные, их клетки дифференцированы. Фертильные клетки составляют археспорий - спорогенную ткань, наружные стерильные клетки составляют защитную стенку. Из наружных клеток археспория формируется выстилающий слой - тапетум , который, расплываясь, образует периплазмодий . Содержащиеся в нём питательные вещества расходуются для образования спор.
Клетки археспория, делясь митозом, дают начало спороцитам , которые, делясь мейозом, образуют тетрады спор.
Споры покрыты двух- или трёхслойной оболочкой - спородермой . Споры лёгкие, богаты цитоплазмой, имеют крупное ядро, пропластиды; запасные вещества нередко представлены жирами.
Из спор развиваются гаметофиты (заростки). В случае равноспоровых растений все споры имеют равные размеры. Это явление получило название изоспории . При гетероспории образуются споры разного размера. Более крупные споры (мегаспоры) дают начало женским гаметофитам, а более мелкие (микроспоры) - мужским; такие растения называются разноспоровыми .
Половой процесс в растительном мире крайне разнообразен и часто очень сложен, но по существу сводится к слиянию двух половых клеток (гамет) - мужской и женской.
Гаметы возникают в определенных клетках или органах растений. В некоторых случаях гаметы одинаковы по размерам и форме и обе обладают подвижностью благодаря наличию жгутиков (изогамия); иногда они несколько отличаются друг от друга по размерам (гетерогамия). Но чаще - при так называемой оогамии - размеры гамет резко различны: мужская гамета, называемая сперматозоидом, небольшая, подвижная, а женская - яйцеклетка - неподвижная и крупная. Процесс слияния гамет называется оплодотворением. Гаметы имеют в своем ядре по одному набору хромосом, а в образовавшейся после слияния гамет клетке, которая называется зиготой, число хромосом удваивается. Зигота прорастает и дает начало новой особи растения.
Половой процесс осуществляется у растений в определенное время и на определенном этапе его развития, на протяжении которого растение может размножаться также и бесполым путем (с образованием спор), и вегетативно.
Половое размножение возникло в растительном мире в процессе эволюции. У бактерий и сине-зеленых водорослей его еще нет. У большинства водорослей и грибов, а также у всех высших наземных растений половой процесс отчетливо выражен.
Половое размножение очень важно для организма тем, что благодаря слиянию отцовской и материнской клеток создается новый организм. Он имеет большую изменчивость, лучше приспособлен к условиям окружающей среды.
Наиболее просто процесс полового размножения можно наблюдать у одноклеточных водорослей, например у хламидомонад.
Значение бесполого : первое и главное - скорость: бесполое размножение требует существенно меньших затрат энергии, значит даёт больше возможностей, грубо говоря, на 1 Дж затраченной энергии. Следствие этого первого - больше шансов для расселения, но при условии, что генотип растения, размножающегося бесполым способом, достаточно оптимален для местных условий. В этом случае потомки растения совершают своеобразную экспансию. Наконец, сохранение генотипа: половое размножение - это стартовая площадка для возможности видообразования, а бесполое - это своеобразная консервация существующего генотипа.
Значение полового: При половом размножении по сравнению с вегетативным достигается: 1) более высокий коэффициент размножения, т. е. гораздо большее количество зачатков новых особей; 2) возможность расселения на гораздо более далекие расстояния и, следовательно, заселение большей территории; 3) перенесение семян в иные условия, что дает возможность возникновению разнообразных изменений под влиянием новых условий и, следовательно, дает новый материал для естественного отбора. Еще более важно, что при вегетативном (или бесполом) размножении новое растение наследует полностью все свойства материнского, в том числе и наступающие у большинства раньше или позже возрастные старческие изменения; кроме того, оно не получает никаких новых свойств и способно жить лишь в тех же границах внешних условий, что и материнское растение.
При половом же размножении происходит полное обновление, жизнь начинается в полном смысле сначала, и все возрастные изменения родителей потомству не передаются. Кроме того, и это очень важно, при половом размножении происходит соединение более или менее различных отцовских и материнских наследственных задатков, потомство получается более разнообразное, с новыми комбинациями отцовских и материнских свойств, а иногда и с совсем новыми признаками. Такое генетически более разнородное потомство обладает более широкой амплитудой приспособляемости к внешним условиям, отдельные представители его могут уживаться в условиях, где их родители погибли бы, а весь вид (комплекс наиболее близких друг к другу форм) будет более стойким в борьбе за существование. Такие размножающиеся половым путем виды и явились победителями в жизненной борьбе.
Под процессом размножения обычно понимают развитие новых организмов из половых клеток. Но микроорганизмы не отвлекаются на подобные мелочи. путем простого деления (большинство из них). Причем делают они это неимоверно быстро.
Некоторые виды при благоприятных условиях за шесть часов увеличивают свою популяцию в 250 000 раз (четверть миллиона!). То, что условия размножения многих видов бактерий находятся в довольно узком диапазоне, не может не радовать. Кроме того, микроорганизмы, безостановочно размножаясь, просто не находят себе пищи и банально гибнут от голода. Иначе нам с вами не нашлось бы места на этом маленьком голубом шарике.
Но ограниченные условия размножения не останавливают микроорганизмы. При неблагоприятных условиях бактерии отращивают вокруг себя своеобразную плотную оболочку. Образовавшиеся в результате споры отлично переносят и сильный мороз, и температуру выше 100⁰С, и полное отсутствие воды. Например, споры сибирской язвы могут на 30-50 лет затаиться в вечной мерзлоте или невероятной сухости и жаре пустыни, а затем, как ни в чем не бывало, снова выйти на смертельную охоту. Не добавляет оптимизма и тот факт, что и бактерии, и их споры могут переноситься ветром, водой, другими организмами в любую точку планеты.
Бесполое размножение
Процесс размножения может быть половым (с участием двух родительских организмов) или бесполым. К бесполым способам размножения относятся:
- Прямое или бинарное деление (амитоз). Из одной клетки образуются две или несколько новых, совершенно идентичных исходной. Этот путь оптимален для бактерий.
- Митоз. Основной путь деления клеток организма, содержащих ядро, но не относящихся к половым. Митоз – важнейший инструмент для роста и восстановления тканей и органов.
- Образование спор. (капсулы), способные выдерживать крайне неблагоприятные условия и переноситься на значительные расстояния. Строго говоря, образование спор нельзя назвать способом размножения, т. к. количество клеток при этом не увеличивается, скорее это способ сохранения и переноса.
- Вегетативное размножение подразумевает отделение от основного организма части клеток. Из небольшого фрагмента затем развивается взрослая особь. Вегетативно размножаются губки, кишечнополостные и некоторые растения.
- Почкование. В этом случае из материнской клетки «выпячивается» небольшой фрагмент, который затем отделяется от основного организма. При почковании дочерняя клетка намного меньше по размерам, чем материнская, поэтому для последующего размножения потребуется время на рост и формирование необходимых структур клетки. Почкование – один из видов вегетативного размножения.
- Фрагментация. Есть уникальные существа, способные вырастить полноценный организм из отдельной части тела. Например, плоские, кольчатые черви или иглокожие, будучи разделены на несколько фрагментов, не погибают, а образуют несколько новых организмов.
Эволюция процесса размножения двигалась от бесполой формы к половой. При бесполом размножении в процесс вовлечены все клетки, при половом, соответственно, только половые. Каждый из путей имеет свои преимущества. Для бесполого размножения характерен высокий темп и частая смена поколений. При половом пути упор делается на выживаемость потомства, а темпы прироста значительно уменьшаются.
Наследственность бактерий
Бактерии – одноклеточные безъядерные организмы (прокариоты). Просто так взять и разделиться на две половинки живой организм, тем более состоящий из одной клетки, не может. Нужна соответствующая подготовительная работа. Перед удвоением микроорганизма путем деления происходит:
- увеличение цитоплазмы (внутренняя полужидкая среда клетки);
- удвоение хромосомы, в случае с прокариотами (клетками без ядер) удваивается замкнутая в кольцо макромолекула ДНК (нуклеоид);
То есть каждая дочерняя клетка получает точную копию материнской ДНК.
Но для микроорганизмов это не единственный способ обмена и передачи генетического материала. Информация может предаваться даже между неделящимися клетками. Это происходит без слияния клеток или увеличения их количества. Такой процесс можно только условно называть половым размножением, так как передается часть генома, в отличие от полного набора генной информации, получаемой потомком от родителей.
- Бактериальная ДНК может попадать в клетку тремя способами:
- Из окружающей захватывает отдельно существующую молекулу ДНК, оставшуюся от разрушения других микроорганизмов. Такой процесс называется трансформацией. Очень удобно использовать трансформацию в исследовательских целях, «подбрасывая» микробам нужный ученым набор генов.
- Существуют особые структуры, неспособные жить вне клетки – вирусы. Те из них, кто своим «домом» выбирает бактерии, называются бактериофагами. Процесс переноса ДНК между клетками с помощью бактериофагов называется трансдукцией.
Третий вариант напоминает оплодотворение и называется конъюгацией. Микроорганизмы соединяются между собой временными «трубочками», и ДНК из одной клетки переходит в другую.
Новая бактериальная ДНК содержит информацию от двух «родителей». Это означает, что измененная клетка будет иметь ряд признаков, присущих только ей и отличных от родительских. Кстати, без изменения клеточной информации не был бы возможен процесс эволюции.
Немного химии и геометрии
Бактерии разделяются на грамположительные и грамотрицательные. Это условное разделение по реакции микроорганизмов на анилиновые красители предложил датский врач Грам. Одни клетки сохраняют окраску даже после промывки спиртосодержащей жидкостью, с других краска легко смывается. Этот метод облегчает обнаружение и идентификацию микроорганизмов при исследовании под микроскопом.
Такое поведение клеток обусловлено, в том числе, различиями в структуре клеточной стенки. тоньше, чем у грамположительных. В процессе деления грамположительные и грамотрицательные бактерии ведут себя по-разному:
- Грамотрицательные делятся путем создания перетяжки. Клетка в конечной точке деления становится похожей на гантель.
- Грамположительные отращивают поперечную перегородку от оболочки к центру клетки.
Клетки, имеющие форму цилиндра, делятся поперек длинной стороны. образуют перегородки в любых направлениях. Деление идет обязательно симметрично, то есть исходная клетка образует две (как минимум) совершенно одинаковые дочерние клетки. Если условия благоприятствуют, бактерии не отрываются друг от друга, а создают определенные структуры:
- при разделении в одной плоскости образуются цепочки последовательно соединенных клеток;
- если плоскостей деления было несколько, конечный результат может выглядеть цепочкой, гроздью, пакетом бактерий.
При каких условиях размножаются бактерии
Закономерный ответ на этот вопрос – при благоприятных. Но дело в том, что для разных видов бактерий условия размножения сильно различаются:
- одним видам необходим кислород, другим нет, третьим нужен определенный процент кислорода в воздухе, четвертые приспосабливаются к существующим условиям;
- оптимальная температура колеблется от 0-10⁰С для одних, 20-40⁰С для других, 50-60⁰С для третьих, четвертые переживут даже кипячение;
- наличие воды, пожалуй, одно из немногих условий, общих для всех организмов, в том числе и для бактерий;
- наличие пищи по вкусу: кому-то нужна солнечная энергия, кому-то – органические вещества, некоторым необходимы определенные химические элементы.
Одним из основных условий является кислотность среды. Именно от значения рН зависит возможность бактерий получать питательные вещества из окружающей среды. По кислотности среды подразделяются на:
- кислые (рН 0 – 6);
- нейтральные (рН выше 6 – ниже 8);
- щелочные (рН 8 – 14).
Подавляющее большинство микроорганизмов предпочитают рН 7 (приблизительно). Слишком кислая или щелочная среда губительна для бактерий. Некоторые бактерии, например, молочнокислые, в процессе жизнедеятельности изменяют кислотность среды до таких состояний, что не только перестают размножаться, но и начинают гибнуть. Кстати, именно нелюбовь бактерий к кислой среде дает нам возможность делать заготовки на зиму – квашеная капуста или грибочки, все маринады и соленья.
Не так важно знать, каким путем (бинарным делением, почкованием или вегетативно). Гораздо важнее не допускать их неконтролируемый рост. Особое внимание уделяется патогенным (болезнетворным) бактериям, которые с помощью спор могут спокойно дождаться возникновения благоприятных условий и снова причинить вред.
Для предотвращения заболеваний следует помнить, что бактерии боятся ультрафиолета, сухости, нагревания, антибиотиков и здорового иммунитета. Это значит, что все те правила, которым учили нас с пеленок (мойте руки перед едой, не контактируйте с больными, закаляйтесь, ешьте здоровую пищу), имеют под собой строгую научную базу. И если с мамой, бабушкой или учителем еще можно было поспорить, то с сухими научными выкладками спорить глупо и опасно для жизни.