§44. Размножение и развитие растений

Определения и обозначения

Бесполое размножение — образование нового организма без слияния гамет, то есть половых клеток. Потомок обычно наследует признаки одного родителя, потому что возникает из его клетки или части тела. Этот способ позволяет растению размножаться без партнёра и быстро увеличивать число особей.

Половое размножение — образование нового организма с участием гамет. При оплодотворении ядра мужской и женской гамет сливаются, объединяя наследственную информацию. Такое объединение важно для передачи признаков от двух родителей и появления наследственных различий между потомками.

Гаметофит — поколение растения, которое образует гаметы. Оно развивается из споры, а не из оплодотворённой яйцеклетки. Это название помогает отличить поколение, производящее половые клетки, от другого поколения жизненного цикла.

Спорофит — поколение растения, образующее споры. Оно развивается из зиготы, возникающей после оплодотворения, и в ходе своего жизненного цикла даёт начало спорам. По тому, производит ли организм споры или гаметы, можно определить, какое поколение перед нами.

Как это устроено

При вегетативном размножении новое растение развивается из части материнского: например, из клубня, луковицы, корневища или побега. В такой части есть живые клетки, способные делиться и образовывать ткани и органы нового растения. Слияния гамет не происходит, поэтому потомок обычно генетически сходен с материнским организмом. Именно это свойство используют, когда хотят сохранить признаки культурного растения.

В жизненном цикле растений сменяются спорофит и гаметофит. Спорофит образует споры; каждая спора может прорасти и дать начало гаметофиту без слияния с другой клеткой. Гаметофит производит гаметы, а после их слияния возникает зигота. Из зиготы развивается спорофит, поэтому поколения связаны в непрерывный цикл, но выполняют разные функции.

У покрытосеменных цветок содержит структуры, необходимые для полового размножения: в пыльниках тычинок образуется пыльца, а в семязачатке завязи пестика развивается женский гаметофит с яйцеклеткой. Пыльца попадает на рыльце пестика при опылении; затем из неё растёт пыльцевая трубка, по которой спермии достигают семязачатка. Это устройство обеспечивает встречу мужских и женских половых клеток, хотя они формируются в разных частях цветка.

У покрытосеменных происходит двойное оплодотворение: участвуют два спермия. Один сливается с яйцеклеткой, образуя зиготу, из которой разовьётся зародыш; другой сливается с центральной клеткой зародышевого мешка. В результате второго слияния формируется эндосперм — питательная ткань, поддерживающая развитие зародыша. Так в семени одновременно возникают будущая часть растения и запас питательных веществ для её развития.

Когда семя попадает в подходящие условия, оно прорастает: зародыш начинает расти, используя запасы питательных веществ. Сначала появляются корень и побег, и формируется проросток, способный самостоятельно получать воду и свет. По мере роста у него развиваются органы взрослого растения. Достигнув зрелости, растение может образовывать цветки или другие структуры размножения и вновь проходить жизненный цикл.

Способы размножения растений и их особенности

Сначала определите, какая структура даёт начало новому растению: часть взрослого организма, спора или семя. Затем проследите, участвуют ли гаметы и сливаются ли их ядра. По этим признакам можно сравнить способы размножения и понять, почему потомство похоже на родителей в разной степени.

Разбор задач

Задача 1. Новое растение выросло из клубня картофеля. Нужно назвать способ размножения и определить, какие свойства оно унаследует от материнского растения. Не следует путать наличие семян у картофеля с тем способом, которым получен данный экземпляр: решающее значение имеет источник его развития.

1. Клубень — видоизменённый побег, то есть часть растения с живыми тканями и почками.
2. Новое растение развивается из клубня, а не из семени, возникшего после оплодотворения.
3. Значит, это вегетативное бесполое размножение: слияния гамет нет, и потомок обычно генетически сходен с материнским растением.

Ответ: картофель размножился вегетативно клубнем; новое растение обычно унаследует сходные с материнским признаки, хотя возможны мутации.

Задача 2. Расположите этапы жизненного цикла папоротника: образование спор, развитие заростка, образование гамет, оплодотворение, развитие взрослого растения. Нужно выяснить, какие этапы относятся к гаметофиту, а какие приводят к появлению спорофита. Спора при этом не является гаметой: для прорастания ей не нужно сливаться с другой клеткой.

1. Сначала взрослый спорофит образует споры.
2. Спора прорастает в заросток — гаметофит; на нём образуются гаметы.
3. После оплодотворения из зиготы развивается молодой, а затем взрослый спорофит.

Ответ: образование спор → развитие заростка → образование гамет → оплодотворение → развитие взрослого растения.

Задача 3. Определите, какие структуры образуются после двойного оплодотворения у цветкового растения и как они участвуют в развитии семени. Здесь важно отдельно проследить судьбу каждого спермия, потому что они сливаются с разными клетками зародышевого мешка. Результаты двух слияний выполняют разные функции.

1. Первый спермий сливается с яйцеклеткой, и образуется зигота.
2. Из зиготы развивается зародыш — будущая часть растения.
3. Второй спермий сливается с центральной клеткой; возникает эндосперм, который питает развивающийся зародыш.

Ответ: после двойного оплодотворения возникают зигота, дающая начало зародышу, и эндосперм — питательная ткань семени.

Типичные ошибки

Считать спору гаметой. Спора развивается без слияния с другой клеткой, а гамета участвует в оплодотворении. Ошибка возникает потому, что обе клетки могут дать начало следующему этапу жизненного цикла. Проверьте себя: если клетке нужно сливаться с другой, это гамета; если она прорастает самостоятельно, это спора.

Путать гаметофит и спорофит. Гаметофит образует гаметы, спорофит — споры. Названия похожи, и оба поколения относятся к одному жизненному циклу, поэтому их легко переставить местами. Чтобы проверить себя, спросите, какие клетки производит рассматриваемое поколение: гаметы или споры.

Называть перенос пыльцы оплодотворением. Перенос пыльцы на рыльце пестика называется опылением; оплодотворение — это слияние ядер гамет. Эти процессы связаны, поэтому их иногда считают одним событием. Проверьте себя: доставка пыльцы ещё не означает, что яйцеклетка уже оплодотворена.

Считать, что при вегетативном размножении потомство всегда полностью неизменно. Потомки обычно генетически сходны с материнским растением, но могут отличаться из-за мутаций. Частое сходство ошибочно принимают за абсолютное тождество. Проверяя вывод, используйте слово «обычно» и помните, что наследственная информация может изменяться.

Связь с другими темами

Чтобы разобраться в жизненных циклах растений, полезно знать строение клетки, митоз и мейоз, а также различие гамет и спор. С темой размножения организмов этот материал связан сравнением полового и бесполого способов у разных групп живых существ: общие принципы сохраняются, но конкретные этапы отличаются. Позже понимание смены поколений пригодится при изучении жизненных циклов, а сведения о вегетативном размножении — при знакомстве с селекцией и выращиванием культурных растений.

Что запомнить

• Растения размножаются бесполым и половым способами.
• При вегетативном размножении новое растение развивается из части материнского.
• В жизненном цикле растений чередуются гаметофит и спорофит.
• Гаметофит образует гаметы, а спорофит — споры.
• У покрытосеменных происходит двойное оплодотворение.
• Из семени при прорастании развивается проросток.