Страница - 24

§47. Жизненные циклы споровых растений

Объяснять особенности полового и бесполого поколений на примере мхов и папоротников

Ответьте, что такое гаплоидность и диплоидность, митоз и мейоз, гаметы и зигота. Как взаимосвязаны эти понятия? Вспомнив материал §6, назовите осо­бенности мхов и папоротников.

Гаметофит и спорофит. У споровых растений, к которым прежде все­го относятся мхи и папоротники, есть две фазы жизненного цикла: спо­рофит и гаметофит.

Спорофит – бесполое поколение в жизненном цикле растений. Это стадия жизни растения, когда образуются споры. Спорофит всегда дипло­идный, а споры всегда гаплоидны. Поэтому споры образуются мейозом. Ñам спорофит образуется из зиготы после слияния мужской и женской гамет (сперматозоида и яйцеклетки). Именно поэтому клетки спорофита содержат двойной набор хромосом.

Гаметофит – половое поколение в жизненном цикле растений. Это стадия образования гамет. Так как клетки гаметофита гаплоидны, га­меты из его клеток образуются митозом. Сам гаметофит появляется из гаплоидной споры.

Жизненный цикл мхов. Как вы помните, у мхов слабо развиты про­водящая и опорная ткани. Поэтому они не бывают высокими. На суше высота мхов – несколько сантиметров. Аквариумные мхи, тела которых поддерживает вода, достигают 70 см. Прогрессивная группа мхов имеет листья и стебли, они называются листостебельными (рис. 100, 1, 2). Более примитивные мхи – печеночники – состоят из мелкой зеленой пла­стинки, на которой образуются спорангии (рис. 100, 3–5).

Мхи – единственные из современных высших растений, в жизненном цикле которых преобладает гаметофит. Это означает, что клетки листьев, стеблей и других частей взрослого растения гаплоидны. В специальных органах взрослых растений митозом образуются гаплоидные гаметы. По­сле их оплодотворения образуется зигота. Причем и оплодотворение, и образование зиготы происходят на женском растении или в специальных органах на веточках мхов, в которых развивается яйцеклетка. Из зиготы

прямо на гаметофите развивается диплоидный спорофит – коробочка на ножке. Клетки спорофита, или спорангия, диплоидны. Внутри спорангия происходит мейоз и образуются гаплоидные споры.

Заметьте, что спорофит не зеленого цвета. Cама коробочка светло-ко­ричневая или темно-желтая. То есть ее клетки не содержат хлорофилла и не фотосинтезируют. Спорофит мхов получает питательные вещества из гаметофита, как бы паразитируя на нем. Поэтому ножка, на которой держится коробочка со спорами, оканчивается своеобразной присоской, потребляющей питательные вещества из зеленого фотосинтезирующего гаплоидного гаметофита.

После созревания споры высыпаются из коробочки-спорангия и, попав в благоприятные условия, прорастают. Из споры сформируется гамето­фит – зеленое растение мха со стеблями и листьями, клетки которых тоже будут гаплоидны, как и спора, из которой они образуются. Вначале спора прорастает в так называемый предросток. Это несколько клеток, похожих на зеленую нитчатую водоросль. Затем по мере увеличения ко­личества клеток образуется тело мха. На теле взрослого мха митозом об­разуются гаметы – мужские и женские гаплоидные половые клетки (см. рис. 18).

Жизненный цикл папоротников. Папоротники - высшие растения с развитыми проводящими тканями. Прогрессивная черта папоротников по сравнению с мхами – преобладание в их жизненном цикле споро­фита. То есть взрослое растение папоротника со стеблями и листьями состоит из диплоидных клеток (рис. 101). На нижней стороне листьев взрослого диплоидного растения образуются спорангии, или сорусы (рис. 101, 2). В них в результате мейоза формируются гаплоидные споры. После созревания и высыпания из спорангия (3) спора прорастает (4).

Из прорастающей споры образуется гаплоидный гаметофит (5), который называется заростком. Клетки заростка гаплоидны, так как образовались из гаплоидной споры. Гаметофит-заросток папоротника – это маленькая зеленая пластинка размером 1 мм, по форме похожая на сердечко (5). На гаметофите нет ни листьев, ни стеблей, но с нижней стороны есть ризои­ды. Около них образуются половые клетки: мужские сперматозоиды (5б) и женские яйцеклетки (5а). Гаметы гаплоидны и образовались митозом из клеток гаметофита-заростка. После созревания половых клеток про­исходит их оплодотворение. Для этого спермий должен доплыть до яй­цеклетки и слиться с ней. У мхов и папоротников мужские гаметы под­вижные, и чтобы спермии могли добраться к яйцеклеткам, нужна вода. Поэтому и мхи, и папоротники растут во влажных местах.

После оплодотворения образуется диплоидная зигота – оплодотво­ренная яйцеклетка с двойным набором хромосом. Ее клетки начинают делиться митозом, и формируется молодое растение папоротника (6).

Знание и понимание:

1. Дайте определения понятиям спорофит и гаметофит.
2. Как вы понимаете выражение «смена ядерных фаз в жизненном ци­кле растений»?
3. Объясните, каким способом деления клеток у споровых растений об­разуются гаметы, а каким – споры.
4. Дайте определение терминам спора, гамета, спорофит, гаметофит.
5. Объясните, когда, как и где (в каких структурах) образуются гаметы и споры у мха.
6. Объясните, когда, как и где (в каких структурах) образуются гаметы и споры у папоротника.

Применение:

1. Объясните, почему в жизненном цикле большинства высших расте­ний преобладает диплоидная стадия.
2. Опишите функции заростка папоротников.
3. Определите связь между набором хромосом в клетках и способностью создавать крупные структуры высотой более метра. Докажите на при­мерах.
4. Сравните, где происходит процесс образования спор у мхов и папорот­ников.
5. Опишите, каким образом происходит размножение мхов.

Анализ:

1. Начертите схему «Жизненный цикл мхов», указав количество хромо­сом в клетках, митоз и мейоз, спорангии, споры, гаметы, зиготу, опло­дотворение и предросток.
2. Начертите схему «Жизненный цикл папоротников», указав количе­ство хромосом в клетках, митоз и мейоз, спорангии, споры, гаметы, зиготу, оплодотворение и заросток.
3. Покажите разницу между размножением мхов и папоротников.
4. Проанализируйте и установите зависимость между типом жизненно­го цикла и эволюционной продвинутостью определенной группы рас­тений.

Синтез:

1. Порассуждайте: могли бы возникнуть на Земле гигантские мхи? Ка­кие условия были бы необходимы для этого?
2. Дайте общее описание жизненного цикла споровых растений.
3. Перечислите, в чем заключаются различия между стадиями спорофи­та и гаметофита.
4. Как взаимосвязаны преобладание в жизненном цикле определенного набора хромосом и развитие данной систематической группы?
5. В чем эволюционный смысл полового и бесполого процессов размно­жения у споровых растений? Какие преимущества это дает?

Оценка:

1. Оцените эволюционное значение формирования жизненных циклов у споровых растений.
2. Напишите реферат на тему «Сходство и отличие жизненных циклов мхов, водорослей и шляпочных грибов».

§48. Жизненные циклы голосеменных и покрытосеменных растений

Объяснять особенности жизненных циклов голосеменных и покрытосеменных растений

В чем особенности оплодотворения цветковых растений? Вспомните особен­ности голосеменных и покрытосеменных растений. Формируются ли у них споры? Каков их главный орган размножения?

Семенные растения. К семенным растениям относятся два отдела: голосеменные (хвойные) и покрытосеменные, или цветковые. В отличие от споровых растений у семенных не формируются споры, а органом раз­множения являются семена с многоклеточным зародышем. Также у се­менных растений не разделяются стадии спорофита и гаметофита. То есть нет отдельно живущей стадии заростка, как у папоротников, и нет «паразитирующей коробочки», высасывающей питательные вещества из растения зеленого мха.

В жизненном цикле всех семенных растений преобладает спорофит – диплоидная стадия. То есть взрослые растения, как хвойные, так и цветко­вые, – это спорофиты, клетки которых содержат двойной набор хромосом: отцовский и материнский, образовавшийся после оплодотворения. А гапло­идные стадии, образующиеся мейозом (споры и гаметофиты), уменьшены до нескольких клеток внутри органов размножения (шишки или цветка).

Жизненный цикл голосеменных растений рассмотрим на примере со­сны (рис. 102). Сосна – однодомное растение, на котором формируются и мужские, и женские половые клетки. Весной на молодых ветках сосны можно наблюдать шишки двух типов: красноватые женские и зеленова­то-желтые мужские. Они и расположены по-разному. Женские шишки находятся на кончиках молодых веточек. А мужские шишки располо­жены ближе к основанию. Со временем на мужских шишках образуется много желтой пыльцы, которая высыпается из зрелых шишек и разно-

сится ветром. Как вы помните, в пыльце растений всегда содержатся мужские половые клетки – спермии. А женские гаметы – яйцеклетки – находятся у растений в семязачатках.

До формирования готовых половых клеток и в мужских, и в женских шишках происходит процесс спорогенеза. То есть вначале в только что возникших шишках происходит мейоз и образуются гаплоидные клетки. В мужских шишках они более мелкие, поэтому называются микроспорами. А в женских шишках эти гаплоидные клетки более крупные, поэтому их называют мегаспорами. Затем эти гаплоидные клетки дают поко­ление клеток, которое называется гаметофитом. В отличие от споро­вых растений гаметофит семенных – не самостоятельное растение, спо­собное фотосинтезировать и получать воду и другие вещества из почвы с помощью ризоидов. Это просто несколько гаплоидных клеток, часть из которых погибает. Из выживших клеток гаметофита формируются гаметы.

Мужские гаметы – спермии сосны оказываются в пыльцевом зерне, или пылинке, – по два гаплоидных спермия в каждой из них. Такая пыльца легко переносится ветром. После опыления спермии доставляются к яйцеклетке с помощью прорастающей пыльцевой трубки. Один из спермиев и оплодотворит яйцеклетку.

Женские гаметы (яйцеклетки) формируются в женских шишках. Особенность их формирования в том, что образуются одна яйцеклетка и одна гаплоидная клетка, из которой сформируется запас питательных веществ семени – эндосперм.

Жизненный цикл покрытосеменных. У цветковых растений схожий жизненный цикл. Но только мужским органом являются тычинки, а женским – пестик (см. рис. 27). И пестики, и тычинки находятся не в шишках, а в цветках (однополых или обоеполых).

Внутри пыльника тычинки происходят процессы гаметогенеза. По­сле чего внутри одного пыльцевого зерна, или пылинки, формируются две гаплоидные клетки: генеративная и вегетативная. Генеративная клетка, поделившись митозом, образует два спермия. А вегетативная клетка образует пыльцевую трубку.

В завязи пестика также происходят процессы гаметогенеза. После чего внутри одного семязачатка формируется одна гаплоидная яйцеклет­ка и одна диплоидная центральная клетка.

Спорогенез, микроспоры, мегаспоры, гаметофит, гаметогенез, вегетативная и генеративная клетки.

Знание и понимание:

1. Дайте определения понятиям: семязачаток, гаметофит, спорогенез, гаметогенез.
2. Как вы понимаете выражение «смена ядерных фаз в жизненном цик­ле семенных растений»?
3. Объясните, каким способом деления клеток у семенных растений об­разуются гаметы.
4. Объясните, когда, как и где (в каких структурах) образуются мужские и женские гаметы и микро- и мегаспоры у голосеменных растений.
5. Объясните, когда, как и где (в каких структурах) образуются муж­ские и женские гаметы и микро- и мегаспоры у покрытосеменных рас­тений.

Применение:

1. Объясните, почему в жизненном цикле семенных растений гаплоидная стадия не видна и не присутствует как самостоятельная структура.
2. Опишите функции шишек у голосеменных.
3. Опишите функции цветков у покрытосеменных.

1. Сравните, где происходит процесс образования гамет, спор и оплодо­творения у голосеменных и покрытосеменных.

Анализ:

1. Начертите схему «Жизненный цикл цветковых растений», указав ко­личество хромосом в клетках, митоз и мейоз, гаметы, зиготу, оплодо­творение, многоклеточный зародыш.
2. Начертите схему «Жизненный цикл голосеменных растений», указав количество хромосом в клетках, митоз и мейоз, микро- и мегаспоран­гии, гаметы, зиготу, оплодотворение, многоклеточный зародыш.
3. Покажите разницу между размножением голосеменных и покрытосе­менных.

Синтез:

1. Порассуждайте: могли бы возникнуть на Земле семенные растения, минуя стадию споровых?
2. Дайте общее описание жизненного цикла семенных растений.
3. В чем заключается эволюционный смысл формирования семян? Какие преимущества это дает?

Оценка:

1. Оцените эволюционное значение формирования жизненных циклов у споровых растений.
2. Напишите реферат на тему «Сходство и отличия жизненных циклов мхов, водорослей и шляпочных грибов».

Дискуссия:

Считаете ли вы, что от водорослей смогли бы сразу возникнуть семен­ные растения со своими жизненными циклами?