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.
Наши результаты важны за пределами мхов, - сказал профессор Рески. Во-первых, они могут объяснить, как водоросли превратились в наземные растения и сформировали наши нынешние экосистемы. Во-вторых, они могут помочь возродить концепцию генетических регуляторов-хозяев в разработке.
Полное отсутствие полового размножения относительно редко встречается среди многоклеточных организмов, особенно животных. Не совсем понятно, почему способность воспроизводить сексуально настолько распространена среди них. Существующие гипотезы предполагают, что бесполое размножение может иметь краткосрочные выгоды, когда быстрый рост населения важен или находится в стабильной среде, в то время как половое размножение дает чистое преимущество, позволяя более быстрое генерирование генетического разнообразия, позволяя адаптироваться к изменяющимся условиям.
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 ).
Ограничения развития могут лежать в основе того, почему немногие животные полностью отказываются от полового размножения в их жизненных циклах. Важной формой деления является бинарное деление. В бинарном делении материнский организм заменяется двумя дочерними организмами, потому что он буквально делит на две части. Только прокариоты размножаются бесполым путем через двоичное деление. Эукариоты размножаются митозом; большинство из них также способны к половому размножению.
Другим типом деления является многократное деление, которое выгодно для жизненного цикла растения. Множество делений на клеточном уровне встречается у многих протистов, например. спорозоаны и водоросли. Ядро родительской клетки несколько раз делит на митоз, производя несколько ядер. Затем цитоплазма отделяется, создавая несколько дочерних клеток. В апикомплексансах множественное деление или шизогония проявляется либо в виде мерогонии, спорогонии или гамегонии. Мерогония приводит к мерозоитам, которые представляют собой множественные дочерние клетки, которые происходят в одной и той же клеточной мембране, спорогония приводит к спорозоитам, а результаты гаметогонии в микрогаметах.
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).
Некоторые клетки расщепляются через почкование, в результате чего происходит «мать» и «дочь». Организм потомства меньше родителя. Почки растут в полностью зрелых людей, которые в конечном итоге оторвались от материнского организма. Это связано с необычным процессом, в котором две дочерние клетки производятся внутри материнской клетки, которая затем потребляется потомством до их отделения. Эндополигенизм - это разделение на несколько организмов сразу внутренним почкованием.
Вегетативное размножение - это тип бесполого размножения, обнаруженный в растениях, где новые индивидуумы формируются без производства семян или спор по мейозу или синггам. Примеры вегетативного размножения включают в себя образование миниатюрных растений, называемых проростками на специализированных листьях, а некоторые производят новые растения из корневищ или столонов. Другие растения размножаются путем образования луковиц или клубней.
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.
Многие многоклеточные организмы образуют споры в течение их биологического жизненного цикла в процессе, называемом спорогенезом. Исключение составляют животные и некоторые протисты, которые подвергаются мейозу, сразу же после оплодотворения. С другой стороны, растения и многие водоросли подвергаются споровому мейозу, где мейоз приводит к образованию гаплоидных спор, а не гамет. Эти споры превращаются в многоклеточных индивидуумов без события оплодотворения. Эти гаплоидные индивидуумы приводят к появлению гаметов через митоз.
Поэтому образование мейоза и гамет происходит в отдельных поколениях или «фазах» жизненного цикла, называемом чередованием поколений. Поскольку половое размножение часто более узко определяется как слияние гамет, спорообразование в спорофитах растений и водорослях может рассматриваться как форма бесполого размножения, несмотря на то, что он является результатом мейоза и претерпевает сокращение плоидности. Однако оба события необходимы для завершения полового размножения в жизненном цикле растения.
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 .
Грибы и некоторые водоросли могут также использовать истинную асексуальную спорообразование, которая включает митоз, приводящий к появлению репродуктивных клеток, называемых митоспорами, которые развиваются в новый организм после разгона. Таким образом, число хромосом в клетке спор такого же, как и у родительского производства спор. Фрагментация - это форма бесполого размножения, когда новый организм вырастает из фрагмента родителя. Каждый фрагмент превращается в зрелого, полностью выращенного человека.
Фрагментация наблюдается во многих организмах, таких как животные, грибы и растения. Некоторые растения имеют специализированные структуры для размножения посредством фрагментации, такие как гемма в печени. Большинство лишайников, которые являются симбиотическим соединением гриба и фотосинтезирующих водорослей или бактерий, размножаются посредством фрагментации, чтобы гарантировать, что новые люди содержат как симбионт.
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.
Разве это не только растения? Асексуальность ≠ бесполое размножение. Асексуальное или бесполое размножение означает форму размножения живых существ с увеличением числа индивидуумов, в которых потомство получает исключительно гены одного родителя и действительно - если мутации не возникают - в идентичной копии. Скажем, один начинается с двух зеленых лилий или пяти тлей, а затем имеет двадцать пять зеленых лилий или несколько сотен тлей.
Это фундаментальное различие. Асексуальность у людей относится к сексуальной ориентации, которая не обязательно влияет на сохранение вида. Люди любой сексуальной ориентации обычно могут воспроизводить сексуально до тех пор, пока они физически способны, плодородны и находят подходящего партнера. Считают ли они, что это другой вопрос. Несезонное воспроизведение не является вариантом для людей.
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.
Бактерии, одноклеточные водоросли или ноги спортсмена, которые влияют на нас в бассейне, размножаются бесполыми. Тли, водяные блохи, некоторые насекомые, круглые черви и рептилии, а также некоторые другие виды животных практически избалованы выбором - они могут воспроизводить как сексуально, так и бесполым. Конечно, это имеет определенные преимущества.
Конечно, с их коричневым цветом и небольшим размером тела, они в большом количестве не впечатляют. С эволюционной точки зрения, однако, они увлекательны - потому что в отличие от большинства других видов, девственные гекконы отказываются от полового размножения и размножаются бесполыми. Таким образом, котята являются клонами плотины.
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.
По-видимому, они очень хорошо справляются с этим, несмотря на низкое генетическое разнообразие. Таким образом, распространение нераспространения - это не то, что растения зарезервировали бы для себя. Кстати - говорить в основном о бесполого размножения в растениях вводит в заблуждение.
Он также имеет много преимуществ, особенно потому, что в качестве растения вы обычно локализованы и, следовательно, можете реагировать только на изменения окружающей среды, меняя поколения с корректировкой на измененные условия. Есть растения, которые формируют «мужские» и «женские» цветы на одном образце - например. Хейзел, кукуруза или инжир и растения, которые разделяют по полу - например. Однако для некоторых культур, по практическим соображениям, одноцепочечные сорта были выведены из первоначальных двудомных видов, например.
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.
Кстати, самооплодотворение не рассматривается как бесполое размножение. Даже если, например, у растений есть мужские и женские цветы рядом друг с другом, гены рекомбинируются. Итак, что же касается асексуальности с растениями? Грибы встречаются почти повсеместно в мире - даже в экстремальных местах, например, в кислотных болотах, чистом известняке, в водных экосистемах или в пустыне. Поскольку они не являются однородной линией, есть грибы в самых разных формах, как одноклеточные, так и многоклеточные.
Только нижние грибы образуют передвижные стадии, называемые зооспорами. Грибы не являются ни растениями, ни животными, а образуют отдельную ветвь в генеалогическом древе организмов. Они не имеют хлорофилла и поэтому не могут использовать углекислый газ из воздуха для роста, как зеленые растения, но полагаются на источники органического углерода.
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.
Грибковые клетки имеют истинное ядро и поэтому принадлежат эукариоткам, таким как животные и растения. Однако у бактерий нет истинного ядра. Они принадлежат к прокариотам. Клеточные стенки грибов, в отличие от растений, содержат хитин, строительный материал, который также содержится в экзоскелете насекомых.
Около 99 процентов всех грибковых видов образуют клеточную сеть, называемую мицелием. Он состоит из тонких клеток. С помощью этих прекрасных гиф гриб достигает питательных веществ из лучших поры почвы, которые недоступны для корней растений. Для большинства грибов каждая часть мицелия способна к росту. Небольшая часть мицелия может продолжать расти на новой питательной среде. Кроме того, существует около 600 известных видов грибов с дрожжеподобным ростом. Они размножаются путем прорастания и формирования клеточных колоний, таких как бактерии.
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.
Структуры и механизмы воспроизводства чрезвычайно разнообразны. В принципе различают вегетативное размножение и половое размножение. Вегетативно большинство грибов размножаются споруляцией. Споры распространяются ветром или животными и могут прорастать в подходящем месте и превращаться в новый мицелий.
При половом размножении происходит соединение ядер клеток двух родительских клеток. Для этого сначала клетки, затем ядра клеток, до того, как число хромосом снова уменьшается при образовании спор. Эти три процесса следуют один за другим у некоторых грибов, другие на разных этапах развития.
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 .
Он может размножаться сексуально и беспорядочно. Одна спора растет в течение 48 часов в центровую колонию, которая снова образует миллионы спор. Растительные споры образуют грибок после контакта с воздухом и светом, аскоспоры в темноте. Регуляция спорообразования интенсивно исследуется молекулярно-генетически. Из многих грибов известно только вегетативная форма распространения.
Некоторые позже обнаружили половые стадии размножения. Поэтому для организма иногда встречаются разные названия вегетативных и сексуальных форм. Согласно их рациону, грибы подразделяются на три группы. Сапрофиты живут на мертвом органическом веществе и участвуют в их разложении. К этой группе также принадлежат формы.
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.