§44. Размножение и развитие растений

Определения и обозначения

Бесполое размножение — образование нового организма без слияния мужской и женской гамет. Оно происходит с участием спор, соматических клеток или частей растения. Такой способ нужен для быстрого увеличения численности и сохранения удачного генотипа исходного организма.

Половое размножение — возникновение потомка после образования и слияния мужской и женской гамет. Слияние гаплоидных клеток при оплодотворении создаёт диплоидную зиготу. Этот процесс важен тем, что объединяет наследственный материал и повышает разнообразие потомства.

Чередование поколений — закономерная смена в жизненном цикле растения спорофита и гаметофита. Спорофит обычно диплоиден и образует споры, а гаметофит обычно гаплоиден и образует гаметы. Понятие помогает определить, какая форма растения производит споры, а какая участвует в половом процессе.

Онтогенез растения — индивидуальное развитие от образования зиготы или начала самостоятельной жизни до отмирания. В нём выделяют зародышевый, ювенильный, зрелый, генеративный и сенильный периоды. Это понятие позволяет проследить не только размножение, но и возрастные изменения всего организма.

Как это устроено

Бесполое размножение быстро увеличивает численность, потому что для него не нужны поиск партнёра, образование двух типов гамет и оплодотворение. Новый организм получает почти тот же набор генов, что и материнский, поэтому сохраняет приспособления исходного растения. Недостаток такого способа связан с малым разнообразием: при изменении условий всем клонам может оказаться трудно выжить.

При спорообразовании новый организм начинается с одной клетки — споры. Она расселяется, прорастает и формирует самостоятельный гаметофит, а у мхов и папоротников споры образуются на спорофите. При вегетативном размножении источником служит часть растения: клубень картофеля, луковица лука, корневище ландыша, ус клубники или черенок; из почек и тканей этой части развивается новый организм.

Спорофит и гаметофит связаны в едином жизненном цикле, потому что каждый даёт начало следующему поколению. На спорофите в специальных органах мейозом образуются гаплоидные споры, а из споры вырастает гаметофит. На гаметофите гаметы формируются митозом, поскольку его клетки уже имеют гаплоидный набор и его нужно сохранить.

После слияния гаплоидных гамет восстанавливается диплоидный набор хромосом, поэтому возникает диплоидная зигота. Она многократно делится митозом и постепенно превращается в зародыш, а затем в молодой спорофит. У семенных растений зародыш вместе с запасом питательных веществ и покровами входит в состав семени, которое помогает пережить неблагоприятный период и расселиться.

В онтогенезе растение сначала проходит зародышевый период, затем ювенильный, когда растёт, но ещё не размножается. В зрелом и генеративном периодах формируются органы размножения, цветки, споры или семена. В сенильный период жизненные процессы ослабевают; на развитие влияют свет, температура, вода, минеральное питание, гормоны, наследственность и взаимодействия с организмами среды.

Сравнение способов размножения растений

Сначала найдите в условии исходный материал: спору, гамету или часть растения. Затем проверьте, было ли слияние гамет: оно сразу указывает на половое размножение. Вегетативное размножение является частным случаем бесполого, поэтому эти понятия не следует противопоставлять.

Разбор задач

Задача 1

Условие. Определите способ размножения в трёх случаях: образование спор у папоротника, появление нового растения из клубня картофеля, образование семени после оплодотворения. Нужно ориентироваться не на название органа, а на исходный материал и наличие слияния гамет.

1. Спора папоротника образуется для расселения и начинает развитие гаметофита, поэтому это спорообразование.
2. Клубень картофеля является видоизменённым побегом с почками, из которых вырастает новое растение без гамет.
3. Семя возникает после оплодотворения, то есть после слияния мужской и женской гамет.

Ответ. Образование спор у папоротника — бесполое размножение спорами. Появление растения из клубня — вегетативное, а значит, бесполое размножение. Образование семени после оплодотворения — результат полового размножения.

Задача 2

Условие. Составьте последовательность стадий жизненного цикла папоротника и укажите, где образуются споры и гаметы. Нужно различить крупный листостебельный спорофит и небольшой гаметофит, который развивается из споры.

1. Взрослый диплоидный спорофит образует на листьях спорангии, где мейозом возникают гаплоидные споры.
2. Спора прорастает и формирует гаплоидный заросток — гаметофит.
3. На гаметофите митозом образуются мужские и женские гаметы; после их слияния возникает диплоидная зигота.
4. Из зиготы развивается молодой спорофит, который постепенно становится взрослым растением.

Ответ. Последовательность такова: спорофит → споры → гаметофит → гаметы → зигота → молодой спорофит. Споры образуются мейозом на спорофите, а гаметы — митозом на гаметофите. Оплодотворение возвращает диплоидный набор и запускает развитие нового спорофита.

Задача 3

Условие. Объясните, почему потомство, полученное семенами от двух растений, обычно разнообразнее потомства из клубней одного растения, и укажите значение этого различия. Сравниваются половое и вегетативное размножение, поэтому важно установить источник наследственного материала.

1. При образовании гамет мейоз создаёт разные сочетания хромосом и генов.
2. При оплодотворении случайно объединяются наследственные материалы двух гамет, часто происходящих от разных растений.
3. Клубень содержит клетки одного растения, поэтому новое растение обычно получает почти такой же генотип и становится его клоном.

Ответ. Семенное потомство разнообразнее из-за рекомбинации генов и объединения наследственного материала двух гамет. Потомки из клубней одного растения генетически сходны, если не возникли мутации. Разнообразие помогает популяции приспосабливаться к болезням и меняющимся условиям, а клоновое размножение быстро сохраняет ценные признаки сорта.

Типичные ошибки

Считать споры гаметами. Ошибка возникает из-за того, что и спора, и гамета имеют гаплоидный набор хромосом. Проверьте функцию: спора даёт начало гаметофиту, а гамета участвует в оплодотворении.

Называть любое размножение частями растения половым. Наличие корня, стебля или листа не означает участия полового процесса. Если новый организм возник без слияния гамет, это вегетативное бесполое размножение.

Путать спорофит и гаметофит. Их названия похожи, поэтому можно забыть, какой тип клеток они образуют. Запомните связь: спорофит образует споры и обычно диплоиден, гаметофит образует гаметы и обычно гаплоиден.

Считать потомство при бесполом размножении абсолютно неизменным. Обычно клоны сходны с исходным растением, но мутации могут изменить их признаки. Для проверки уточните, говорится ли о точном генетическом сходстве или только о его высокой вероятности.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны знания о строении клетки, митозе и мейозе, гаплоидном и диплоидном наборах хромосом, образовании гамет и оплодотворении. Эти процессы объясняют, откуда берутся споры, гаметы и зигота.

Тема помогает изучать жизненные циклы мхов, папоротников, голосеменных и покрытосеменных растений. У разных групп растений спорофит и гаметофит различаются по размерам, строению и степени самостоятельности.

Знания применяются в генетике и селекции, при выращивании культурных растений и выборе способов размножения. Вегетативное размножение используют, чтобы быстро получить растения с нужными сортовыми признаками.

Что запомнить

• Бесполое размножение происходит без слияния гамет.
• Половое размножение включает образование гамет и оплодотворение.
• Вегетативное размножение — разновидность бесполого размножения.
• Спорофит образует споры, а гаметофит — гаметы.
• В жизненном цикле растений закономерно чередуются спорофит и гаметофит.
• Зигота образуется при слиянии гаплоидных гамет и обычно является диплоидной.
• Половое размножение повышает генетическое разнообразие потомства.