§ 37. Оплодотворение у цветковых растений

Определения и обозначения

Пыльцевая трубка — вырост проросшего пыльцевого зерна, по которому мужские гаметы движутся к семязачатку. Она служит путём доставки спермиев, поэтому им не нужно самостоятельно перемещаться через ткани пестика. Трубка растёт от пыльцы к семязачатку, где находится зародышевый мешок. Благодаря этому мужские клетки достигают места слияния с женскими клетками.

Зародышевый мешок — женский гаметофит внутри семязачатка; в нём находятся яйцеклетка и центральная клетка. Гаметофит — часть растения, связанная с половым размножением. Яйцеклетка участвует в образовании будущего зародыша, а центральная клетка — в образовании ткани, которая будет его питать. Поэтому обе клетки важны для развития семени.

Двойное оплодотворение — процесс, при котором два спермия участвуют в двух слияниях: один с яйцеклеткой, другой с центральной клеткой. Слово «двойное» относится именно к двум разным слияниям, а не к двум яйцеклеткам. Благодаря этому процессу одновременно закладываются зародыш и его питательная ткань. Это характерная особенность цветковых растений.

Эндосперм — ткань семени, которая развивается из оплодотворённой центральной клетки и служит для питания зародыша. Её развитие связано со вторым слиянием при двойном оплодотворении. Пока зародыш растёт, эндосперм обеспечивает его питательными веществами. Так у будущего растения появляется запас питания для начального развития.

Как это устроено

Когда пыльца попадает на рыльце пестика, подходящее пыльцевое зерно прорастает. Его оболочка выпускает вырост — пыльцевую трубку, которая растёт через столбик пестика в направлении семязачатка. Это позволяет спермиям добраться до женских клеток, хотя сами они не проходят через ткани пестика. Рост трубки продолжается, пока она не достигнет семязачатка.

Внутри пыльцевого зерна находятся два спермия, и по мере роста трубки они перемещаются вместе с ней. Трубка входит в семязачаток через микропиле — небольшое отверстие на его поверхности. Через это отверстие её содержимое попадает к зародышевому мешку, где происходят слияния клеток. Такой путь нужен, чтобы доставить спермии непосредственно к нужным клеткам внутри семязачатка.

В зародышевом мешке один спермий достигает яйцеклетки и сливается с ней. В результате возникает зигота — первая клетка будущего зародыша. Зигота начинает делиться, и из её потомков постепенно формируется зародыш растения. Поэтому именно первое слияние даёт начало новому растению.

Второй спермий сливается не с яйцеклеткой, а с центральной клеткой зародышевого мешка. В этой клетке находятся два полярных ядра, которые участвуют в образовании питательной ткани. После слияния развивается эндосперм, снабжающий зародыш питанием. Разные результаты двух слияний объясняют, почему для семени нужны оба спермия.

Оба слияния происходят в одном зародышевом мешке и с участием двух спермиев, поэтому процесс называют двойным оплодотворением. Одно слияние приводит к образованию зиготы и зародыша, другое — к развитию эндосперма. Такое объяснение связывает появление будущего растения с образованием запаса питания для него. Двойное оплодотворение у цветковых растений изучал С. Г. Навашин.

Два слияния при двойном оплодотворении

Читайте таблицу слева направо: сначала определите, какие клетки сливаются, затем проследите результат и дальнейшее развитие. Сравнение строк помогает увидеть, что спермии участвуют в разных слияниях. Если в схеме оба раза указана яйцеклетка, проверьте вторую строку: там должна быть центральная клетка.

Разбор задач

Задача 1. Назовите две клетки, с которыми сливаются спермии при двойном оплодотворении. Чтобы ответить, нужно проследить путь спермиев до зародышевого мешка и не спутать клетки, находящиеся внутри него. Вспомните, что в мешке есть и яйцеклетка, и центральная клетка. Затем распределите между ними два спермия.

1. Найдите место слияния: оба спермия попадают в зародышевый мешок.
2. Определите первую пару: один спермий сливается с яйцеклеткой.
3. Назовите вторую пару: другой спермий соединяется с центральной клеткой.

Ответ: один спермий сливается с яйцеклеткой, второй — с центральной клеткой зародышевого мешка. Проверьте, что названы именно две разные клетки. Если указана только яйцеклетка, ответ неполный.

Задача 2. Укажите, что образуется после каждого слияния и во что затем развивается каждый продукт. Здесь недостаточно назвать клетки: важно связать каждое слияние с его результатом. Удобно рассуждать по цепочке «клетки — продукт слияния — дальнейшее развитие». Так не перепутаются зародыш и питающий его эндосперм.

1. Первый спермий соединяется с яйцеклеткой; продукт слияния — зигота.
2. Зигота делится и развивается в зародыш будущего растения.
3. Второй спермий соединяется с центральной клеткой; из оплодотворённой клетки развивается эндосперм.

Ответ: первое слияние даёт зиготу, из которой развивается зародыш; второе приводит к развитию эндосперма. Сверьте продукты: зигота не превращается в эндосперм. Питательная ткань образуется из оплодотворённой центральной клетки.

Задача 3. В схеме показано, что оба спермия слились с яйцеклеткой. Найдите ошибку и восстановите правильную последовательность. Ошибка заключается в том, что одному спермия приписано неверное место слияния. Проверить схему можно по двум клеткам зародышевого мешка, участвующим в оплодотворении.

1. Оставьте первое слияние без изменений: первый спермий соединяется с яйцеклеткой.
2. Исправьте второе слияние: второй спермий должен соединиться с центральной клеткой.
3. Уточните результаты: после первого слияния образуется зигота, после второго развивается эндосперм.

Ответ: второй спермий нужно направить к центральной клетке, а не к яйцеклетке. Правильная последовательность даёт две разные линии развития: зигота — зародыш и оплодотворённая центральная клетка — эндосперм. Это и позволяет узнать двойное оплодотворение в схеме.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что оба спермия сливаются с яйцеклеткой. Так можно подумать, если помнить только о появлении зародыша и упустить вторую клетку зародышевого мешка. Но второй спермий соединяется с центральной клеткой. Проверь себя: назови для каждого спермия отдельную клетку-партнёра.

Ошибка: путать опыление с оплодотворением. Эти события идут одно за другим, поэтому их легко принять за один процесс. Опыление — попадание пыльцы на рыльце, а оплодотворение — слияние клеток внутри зародышевого мешка. Для проверки спроси себя, произошло ли уже слияние спермия с яйцеклеткой или центральной клеткой.

Ошибка: утверждать, что из обоих слияний развивается зародыш. Такое смешение возникает, если не различать продукты двух слияний. Зародыш развивается из зиготы, а эндосперм — из оплодотворённой центральной клетки. Проверь цепочки по отдельности: яйцеклетка даёт начало зиготе, центральная клетка — эндосперму.

Ошибка: считать, что спермии сами достигают семязачатка. Такое представление появляется, если не учитывать роль пыльцевой трубки. Спермии перемещаются по ней, а сама трубка проходит к семязачатку через микропиле. Для самопроверки проследи весь путь от пыльцевого зерна на рыльце до зародышевого мешка.

Связь с другими темами

Чтобы понять оплодотворение, нужно знать строение цветка, пестика и семязачатка, а также роль пыльцы. Представление о гаметах и слиянии половых клеток помогает объяснить, как образуется зигота. Эти знания связывают строение цветка с дальнейшим развитием растения. Позже они пригодятся при изучении образования семян и плодов, развития зародыша и размножения покрытосеменных растений.

Что запомнить

• Оплодотворению у цветковых предшествует прорастание пыльцы на рыльце пестика.
• Пыльцевая трубка доставляет два спермия к зародышевому мешку.
• Один спермий сливается с яйцеклеткой.
• Из зиготы развивается зародыш.
• Второй спермий сливается с центральной клеткой.
• Из оплодотворённой центральной клетки развивается эндосперм.
• Два слияния составляют двойное оплодотворение.