Где в цветке происходит двойное оплодотворение. Двойное оплодотворение у растений

Опыление - это перенос пыльцы из пыльников тычинок на рыльце пестика . Различают два типа опыления: самоопыление и перекрестное опыление . При самоопылении пыльцевые зерна переносятся на рыльце пестика того же цветка (горох, тюльпан). У перекрестноопыляющихся растений осуществляется перенос пыльцы из тычинок цветков одного растения на рыльце пестика другого.

Наиболее часто перекрестное опыление осуществляется насекомыми и значительно реже - ветром (береза, осоки), птицами, водой (водные растения).

В процессе длительной эволюции приспособление цветка к опылению насекомыми привело к формированию ярких, хорошо заметных, часто с приятным запахом цветков с нектарниками, вырабатывающими сладкую сахаристую жидкость. Кроме того, у таких растений образуется много пыльцы, которая служит кормом для ряда насекомых. Привлеченные яркой окраской или запахом цветка, насекомые, извлекая нектар из глубины цветка, касаются липкой или шероховатой поверхности пыльцевых зерен, которые прилипают к их телу, Перелетев на другой цветок, насекомое переносят часть пыльцы на рыльце пестика.

У некоторых растений цветки приспособлены к опылению определенными насекомыми. Так, цветки душистого табака опыляются только ночными бабочками, клевер ползучий пчелами, клевер луговой - шмелями.

У цветков ветроопыляемых растений околоцветник отсутствует или плохо развит и не препятствует движению ветра; тычинки длинные, свисающие; пыльца сухая и мелкая, образуется в большом количестве; рыльца пестиков длинные, часто перистые. Большинство ветроопыляемых растений цветет до появления листьев, что облегчает опыление.

При перекрестном опылении, в отличие от самоопыления y растений повышается уровень гетерозиготности потомства, что позволяет ему легче адаптироваться к постоянному изменению условий среды. В то же время самоопыление имеет одно существенное преимущество в сравнении с перекрестным: оно не зависит от погодных условий и посредников, поэтому осуществляется при любых условиях.

Оплодотворение

Попав на рыльце пестика, пыльцевое зерно начинает прорастать. Из вегетативной клетки развивается длинная пыльцевая трубка (ее рост стимулируют ауксины пестика), которая по тканям столбика дорастает до завязи и далее до семязачатка. Из генеративной клетки к этому моменту образуются два спермия, которые спускаются в пыльцевую трубку.

Пыльцевая трубка входит в семяпочку через пыльцевход, ее ядро дегенерирует, а кончик трубки разрывается, освобождая мужские гаметы. Спермин проникают в зародышевый мешок.

Один из спермиев оплодотворяет яйцеклетку с образованием зиготы. Из диплоидной зиготы формируется зародыш нового растительного организма. Второй спермий сливается с центральным диплоидным ядром или с двумя полярными ядрами, образуя триплоидную клетку, из которой впоследствии возникает питательная ткань - эндосперм . В его клетках содержится запас питательных веществ, необходимых для развития зародыша растения.

Слияние одного спермия с яйцеклеткой, а другого с полярными ядрами - двойное оплодотворение - представляет собой уникальную особенность покрытосеменных . Такой способ оплодотворения был открыт в 1898 г. русским цитологом и эмбриологом С. Г. Навашиным.

После оплодотворения семяпочка разрастается и превращается в семя, а в результате разрастания завязи пестика формируется плод. Стенки завязи становятся стенкой плода - околоплодником, внутри которого находятся семена.

Благодаря двойному оплодотворению, происходит быстрое образование питательной ткани. Двойное оплодотворение ускоряет процесс формирования семени.

Класс: 6

Задачи:

Показать, что покрытосеменные проявили свои возможности к эволюционному совершенству больше всего.
Сформулировать представление о половом размножении у покрытосеменных; совершенствовать умения узнавать органы цветкового растения.
Продолжить формирование знаний о приспособленности растений к окружающей среде.

Оборудование: модели цветка, таблицы, флаш анимации, живые экземпляры, гербарии.

Ключевые понятия: Цветок. Пестик. Рыльце. Тычинки. Пыльца. Чашечка. Цветоложе. Семяпочка-завязь. Андроцей. Гинецей. Двойное оплодотворение.

Структура урока

1. Актуализация знаний.

Ответьте на вопросы :

Что вы понимаете под вегетативным размножением, приведите примеры с объяснениями этих видов размножения.
Какие преимущества и недостатки вегетативного размножения, т.е. его биологическое значение.
Работа на компьютере: расположите иллюстративные примеры вегетативного размножения под их названием.
Работа с дидак4тическими карточками по теме.

2. План изучения нового материала:

Особенности строения цветка покрытосеменных растений.

Многообразие цветков и пыльцевых зерен, как возможность эволюционного совершенства.

Многообразие форм, размеров, окраска и объединение одиночных цветков и является эволюционным приспособлением к продолжению жизни на Земле.

Пыльцевые зерна разных растений. Как видно из рисунка они также разные по форме, величине.

Растения однодомные и двудомные. Цветки обоеполые и разнополые.

А) на одном растении пестичные и тычиночные цветки, такое растение называется однодомным.

Б) если на одном растении цветки только с тычинками, а на другом растении только с пестиками то они называются двудомными.

В) если в одном цветке располагаются пестики и тычинки, то цветок обоеполый.

Г) если в одном цветке только тычинки, называются тычиночные, а в другом только пестики, называются тычиночными или, они называются однополыми.

Виды опыления цветков. Признаки насекомоопыляемых и ветроопыляемых растений. Искусственное опыление.

Опыление с помощью ветра отражено на первом рисунке. С помощью насекомых или птиц на втором рисунке. Все они говорят о перекрестном опылении. Есть еще самоопыление. А искусственное опыление совершается с помощью человека.

Признаки насекомоопыляемых растений:

крупные размеры цветка или соцветия;
аромат;
нектар;
яркая окраска

Признаки ветроопыляемых растений:

мелкие размеры цветков;
много мелкой, сухой пыльцы;
ранее цветение;
скопление растений.

Двойное оплодотворение цветковых растений. Жизненный цикл цветкового растения.

Оплодотворение - это слияние гамет двух родительских организмов и образование зиготы. В растительном организме мужские гаметы образуются в андроцее, а женские гаметы образуются в гинецее.

В андроцее образуются гаплоидные микроспоры – пыльцевые зерна. Гаплоидное ядро пыльцевого зерна делится на два ядра: вегетативное и генеративное. Пыльцевое зерно попадает на рыльце пестика и образует пыльцевую трубку. Которая прорастает по направлению к завязи. В завязи находится зародышевый мешок с несколькими гаплоидными клетками, одна из которых - яйцеклетка. В пыльцевой трубке ядро делится еще раз, образуя два спермия. Один из них сливается с яйцеклеткой, в результате образуется диплоидная зигота. Из которой разовьется семя. Другой спермий сливается с двумя ядрами центральной клетки. В результате возникает триплоидный эндосперм или это запас питательных веществ для развития будущего зародыша семенили плода. Такой процесс оплодотворения получил название двойного оплодотворения. Открыл его русский ботаник С.Г.Навашин.

Биологическое значение оплодотворения и полового размножения у покрытосеменных растений.

Участвует две родительских особи.
образуется новое растение более жизнеспособное.
Происходит комбинация наследственной информации.
В результате колоссальное увеличение наследственного разнообразия растений.

3. Закрепление изученного.

Ответьте на вопросы задаваемые учителем по изученной теме.
Решите кроссворд. Кроссворд «Половое размножение растений»

Процесс слияние сперматозоида с яйцеклеткой.
Многоклеточная нитчатая водоросль, встречающаяся на дне мелких водоемов.
Мужские подвижные половые клетки.
Зеленая одноклеточная водоросль, встречающаяся в лужах, стоячих прудах.
Оплодотворение у цветковых растений.
Образование, после слияния спермии с яйцеклеткой.
Одна из важнейших частей цветка, принимающая участие в образовании семян и плодов.
Процесс попадания пыльцевого зерна на рыльце пестика.
Женская половая клетка.
Водоросль, тело которой – длинная, неветвящаяся нить из одного ряда клеток.
Орган полового размножения у покрытосеменных (цветковых) растений.
Мужские половые клетки цветковых растений, развивающиеся в пыльцевых зернах.

4. Домашнее задание.

читать страницы учебника 208-215;
выполнить задания по теме в рабочей тетради;
Найти сравнения размножения с другими группами растений.

Информация для учителя.

Помимо типичного полового процесса, в котором обязательно участвует две гаметы, существует особый тип полового процесса, при котором зародыш развивается из неоплодотворенной яйцеклетки. Это явление у растений чаще всего известно под названием апомиксиса. Апомиксис широко встречается у многих покрытосеменных растений.

Двойное оплодотворение у растений имеет большое биологическое значение. Оно было открыто Навашиным в 1898 г. Далее рассмотрим подробнее, как происходит двойное оплодотворение у растений.

Биологическое значение

Процесс двойного оплодотворения способствует активному развитию питательной ткани. В связи с этим семяпочка не запасает вещества впрок. Это, в свою очередь, объясняет ее быстрое развитие.

Схема двойного оплодотворения

Коротко явление можно описать следующим образом. Двойное оплодотворение у покрытосеменных растений состоит в проникновении в завязь двух спермиев. Один сливается с яйцеклеткой. Это способствует началу развития диплоидного зародыша. Второй спермий соединяется с центральной клеткой. В результате формируется триплоидный элемент. Из этой клетки появляется эндосперм. Он является питательным материалом для развивающегося зародыша.

Развитие пыльцевой трубки

Двойное оплодотворение у покрытосеменных начинается после образования гаплоидного сильно редуцированного поколения. Оно представлено гаметофитами. Двойное оплодотворение цветковых растений способствует прорастанию пыльцы. Оно начинается с разбухания зерна и последующего формирования пыльцевой трубки. Она прорывает спородерму в наиболее тонком ее участке. Называется он апертура. С кончика пыльцевой трубки выделяются специфические вещества. Они размягчают ткани столбика и рыльца. За счет этого в них входит пыльцевая трубка. По мере ее развития и роста, в нее переходят оба спермия и ядро от вегетативной клетки. В подавляющем большинстве случаев проникновение пыльцевой трубки в нуцеллус (мегаспорангий) происходит посредством микропиле семязачатка. Крайне редко это осуществляется другим способом. После проникновения в зародышевый мешок происходит разрыв пыльцевой трубки. В результате все ее содержимое изливается вовнутрь. Двойное оплодотворение цветковых растений продолжается формированием диплоидной зиготы. Этому способствует первый спермий. Второй элемент соединяется с вторичным ядром, которое расположено в центральной части зародышевого мешка. Образованное триплоидное ядро впоследствии трансформируется в эндосперм.

Формирование клеток: общие сведения

Процесс двойного оплодотворения цветковых растений осуществляется особыми половыми клетками. Их формирование происходит в два этапа. Первая стадия называется спорогенез, вторая - гематогенез. В случае образования мужских клеток эти этапы именуются микроспорогенез и микрогематогенез. При образовании женских половых элементов приставка меняется на "мега" (или "макро"). Спорогенез основывается на мейозе. Это процесс формирования гаплоидных элементов. Мейозу, так же как и у представителей фауны, предшествует размножение клеток посредством митотических делений.

Образование спермиев

Первичное формирование мужских половых элементов осуществляется в особой ткани пыльника. Она называется археспориальной. В ней в результате митозов происходит формирование многочисленных эелементов - материнских клеток пыльцы. Они и вступают затем в мейоз. Вследствие двух мейотических делений образуется 4 гаплоидные микроспоры. Некоторое время они лежат рядом, формируя тетрады. После этого происходит их распад на пыльцевые зерна - отдельные микроспоры. Каждый из образованных элементов начинает покрываться двумя оболочками: внешней (экзина) и внутренней (интина). Затем начинается следующий этап - микрогаметогенез. Он, в свою очередь, состоит из двух митотических последовательных делений. После первого формируется две клетки: генеративная и вегетативная. Впоследствии первая проходит еще одно деление. В результате образуется две мужские клетки - спермии.

Макроспорогенез и мегаспорогенез

В тканях семяпочки начинает обособляться один или несколько археспориальных элементов. Они начинают усиленно расти. Вследствие такой активности они становятся значительно крупнее остальных клеток, окружающих их в семяпочке. Каждый археспориальный элемент один, два или более раз подвергается делению митозом. В некоторых случаях клетка может сразу трансформироваться в материнскую. Внутри нее происходит мейоз. В результате него формируется 4 гаплоидные клетки. Как правило, самая крупная из них начинает развиваться, превращаясь в зародышевый мешок. Три оставшиеся постепенно дегенерируют. На данном этапе макроспорогенез завершается, начинается макрогематогенез. В ходе него происходят митотические деления (у большей части покрытосеменных их три). Цитокинез не сопровождает митозы. В результате трех делений формируется зародышевый мешок с восемью ядрами. Они впоследствии обосабливаются в самостоятельные клетки. Эти элементы распределяются определенным образом по зародышевому мешку. Одна из обособленных клеток, которая, собственно, является яйцеклеткой, совместно с двумя другими - синергидами, занимает место у микропиле, в которое осуществляется проникновение спермиев. В этом процессе синергиды исполняют очень значимую роль. В них содержатся ферменты, которые способствуют растворению оболочек на пыльцевых трубках. В противоположной стороне зародышевого мешка располагаются другие три клетки. Они именуются антиподами. С помощью этих элементов происходит передача из семяпочки питательных веществ в зародышевый мешок. Оставшиеся две клетки располагаются в центральной части. Зачастую они сливаются. В результате их соединения формируется диплоидная центральная клетка. После того как произойдет двойное оплодотворение, и в завязь проникнут спермии, один из них, как выше сказано было, сольется с яйцеклеткой.

Особенности пыльцевой трубки

Двойное оплодотворение сопровождается взаимодействием ее с тканями спорофита. Оно достаточно специфично. Этот процесс регулируется активностью химических соединений. Установлено, что если пыльцу промыть в дистиллированной воде, она потеряет способность к прорастанию. Если же полученный раствор сконцентрировать, а затем ее обработать, то она снова станет полноценной. Развитие пыльцевой трубки после прорастания контролируют ткани пестика. К примеру, у хлопчатника ее рост до яйцеклетки занимает порядка 12-18-ти часов. Однако уже спустя 6 часов вполне можно определить, к какой именно семяпочке будет направляться пыльцевая трубка. Это понятно потому, что в ней начинается разрушение синергиды. В настоящее время не установлено, как растение может направить развитие трубки в нужном направлении и каким образом о приближении узнает синергида.

"Запрет" на самоопыление

Он достаточно часто наблюдается у цветковых растений. Это явление имеет свои особенности. "Запрет" на самоопыление проявляется в том, что спорофит "идентифицирует" собственного мужского гематофита и не допускает его к участию в оплодотворении. При этом в ряде случаев на рыльце пестика не происходит прорастания собственной пыльцы. Однако, как правило, рост трубки все-таки начинается, но впоследствии приостанавливается. В результате пыльца не достигает яйцеклетки и, как следствие, двойное оплодотворение не происходит. Еще Дарвиным было отмечено это явление. Так, он обнаружил у первоцвета весеннего цветки двух форм. Одни из них были длинностолбиковыми с короткими тычинками. Другие же - короткостолбиковыми. В них тычиночные нити были длинные. Короткостолбиковые растения отличаются крупной пыльцой (вдвое больше, чем у других). При этом клетки в сосочках рыльца - мелкие. Указанные признаки контролирует группа из тесно сплетенных генов.

Рецепторы

Двойное оплодотворение эффективно, когда пыльца переносится от одной формы к другой. За распознавание собственных элементов отвечают особые молекулы-рецепторы. Они представляют собой сложные соединения углеводов с белками. Установлено, что формы дикой капусты, не вырабатывающие в тканях рыльца эти молекулы-рецепторы, способны самоопыляться. Для нормальных растений характерно появление углеводно-белковых соединений за день до раскрытия цветка. Если открыть бутон и обработать его собственной пыльцой за двое суток до его распускания, то двойное оплодотворение произойдет. Если это сделать за день до открытия, то его не будет.

Аллели

Примечательно, что в ряде случаев "самонесовместимость" пыльцы в растениях устанавливается серией множественных элементов одного гена. Это явление похоже на несовместимость при пересадке ткани у животных. Такие аллели обозначают литерой S. Число в популяции этих элементов может достичь десятков или даже сотен. К примеру, если генотип растения, производящего яйцеклетки, - s1s2, а вырабатывающего пыльцу - s2s3, при перекрестном опылении прорастание будет отмечено только у 50% пылинок. Это будут те, которые несут аллель s3. Если элементов несколько десятков, то большая часть пыльцы прорастет нормально при перекрестном опылении, при этом самоопыление предотвращается полностью.

В заключение

В отличие от голосеменных, для которых характерно развитие достаточно мощного гаплоидного эндосперма вне зависимости от оплодотворения, у покрытосеменных ткань образуется только в этом единственном случае. Учитывая огромное количество поколений, таким образом достигается значительная экономия энергии. Повышение степени плоидности эндосперма, по всей видимости, способствует более скорому росту ткани в сравнении с диплоидными слоями спорофита.

Вопросы внутри параграфа: Какие преимущества имеют покрытосеменные перед голосеменными?

Стр. 90. Вопросы и задания после §

1. Что представляет собой гаметофит у разных групп высших растений?

У высших растений половые клетки формируются на гаметофите – гаплоидном поколении, развивающемся из споры. У мхов (сфагнум, кукушкин лен) гаметофит представлен листостебельным растением, у папоротников и семенных растений гаметофит слабо развит и недолговечен. Так, у папоротников, из споры вырастает заросток. Заросток не расчленен на органы, имеет ризоид (примитивные корневые волоски), позднее на нем формируются половые клетки. У моховидных и папоротниковидных половое размножение тесно связано с водой: только при наличии воды сперматозоиды продвигаются к яйцеклетке. У семенных гаметофит сильно редуцирован, например, семенные растения, имеют раздельнополые гаметофиты, которые развиваются из разных спор. Микроспоры дают начало мужскому гаметофиту, мегаспоры – женскому. У цветковых растений мужской гаметофит представлен пыльцевым зерном, созревающим в пыльнике тычинки, и формируются из микроспор. При созревании в пыльцевом зерне образуются две клетки – генеративная и вегетативная. Женский гаметофит, развивающийся из мегаспоры, представляю собой зародышевый мешок, расположенный внутри семязачатка. В нем происходит ряд делений – в результате образуется шесть гаплоидных клеток, среди которых яйцеклетка и одно двойное центральное ядро.

2. Объясните значение терминов «спорофит», «двойное оплодотворение».

Спорофит – это диплоидное поколение высших растений, образующееся при объединении генетических материалов женской и мужской гамет. На спорофите образуются споры. Двойное оплодотворение – это тип оплодотворения высших цветковых растений, в котором участвуют два спермия, один с которых оплодотворяет яйцеклетку, второй - диплоидное центральное яро.

3. Как осуществляется процесс двойного оплодотворения у цветковых растений?

В результате опыления – переноса пыльцы из пыльников на рыльце пестика, пыльцевое зерно – пылинка, начинает прорастать. При участии вегетативной клетки формируется пыльцевая трубка, по которой движется генеративная клетка. Она дает начало двум мужским гаметам спермиям. Спермий – безжгутиковый сперматозоид, не способный к активному движению. Пыльцевая трубка продвигается вниз к завязи и врастает в зародышевый мешок в области пыльцевхода. После этого кончика трубки разрывается и два спермия попадает внутрь зародышевого мешка. Одни из них сливается с яйцеклеткой, образуя зиготу, а другой – с центральным ядром, формируя триплоидное ядро центральной клетки. Из зиготы развивается зародыш с диплоидным набором хромосом, из триплоидной клетки – эндосперм (питательная ткань семени). Из покровов семязачатка закладывается кожура семени, а из стенок завязи – околоплодник. Таким образом, цветок – это укороченный спороносный побег, служащий для образования спор и гамет, для опыления и оплодотворения, после которого образуются плоды и семена.

4. Какую роль играет двойное оплодотворение в размножении цветковых растений?

Благодаря двойному оплодотворению зародыш цветкового растения получает запас питательных веществ, которые расходуют при прорастании. Околоплодник защищает семена и способствует лучшему их прорастанию. Биологический смысл двойного оплодотворения весьма велик. В отличие от голосеменных, триплоидный эндосперм образуется лишь в случае оплодотворения. С учетом гигантского числа поколений этим достигается существенная экономия энергетических ресурсов. Увеличение уровня плоидности эндосперма до 3n способствует более быстрому росту ткани по сравнению с диплоидными тканями спорофита

5. Почему гаметофит называют половым поколением, а спорофит – бесполым в жизненном цикле разных групп высших растений?

Гаметофит – это гаплоидная многоклеточная стадия в жизненном цикле растений и водорослей, развивающаяся из спор и производящая половые клетки (гаметы), а споры образуются в результате репродуктивного деления (мейоза) и всегда гаплоидны, то есть содержат одинарный гаплоидный набор хромосом. Спорофит – это диплоидное поколение высших растений, образующееся при объединении генетических материалов женской и мужской гамет.

Растения - они такие загадочные. Ну всё у них не так, как у людей. Даже половые клетки они образуют не мейозом, а митозом, да еще и чередование поколений, да еще и оплодотворение двойное...
Впрочем, обо всём по порядку...

Вспомним строение цветка

У покрытосеменных растений процесс формирования половых клеток состоит из двух этапов: спорогенеза и гаметогенеза. Пыльца образуется в пыльниках тычинок. Микроспорогенез – процесс образования микроспор в микроспорангиях (гнезда пыльника), где в результате митозов возникают материнские клетки пыльцы, которые вступают в мейоз. После двух мейотических делений образуется 4 гаплоидные микроспоры– пыльцевые зерна. Пыльцевое зерно (пылинка) покрыто двумя оболочками. Затем внутри пыльцевого зерна происходит микрогаметогенез (процесс образования мужского гаметофита из микроспоры) – два последовательных митотических деления. В результате первого образуются вегетативная и генеративная клетки, а после второго деления из генеративной клетки образуются два спермия.

Макроспорогенез (процесс формирования мегаспор) происходит в семязачатках, которые расположены в завязи пестика (покрыты). В области микропиле начинает разрастаться одна клетка – мегаспороцит, или материнская клетка мегаспор. В ней происходит мейоз , и образуются 4 гаплоидные клетки. Одна из этих клеток развивается в зародышевый мешок, три остальных разрушаются. Далее начинается макрогаметогенез – формирование женского гаметофита. После трех митотических делений образуется восьмиядерный зародышевый мешок. Ядра в дальнейшем обособляются в самостоятельные клетки. Одна из этих клеток (яйцеклетка) с двумя клетками-синергидами располагается возле микропиле. Синергиды содержат ферменты, которые растворяют оболочку пыльцевой трубки и при необходимости могут заместить яйцеклетку. На противоположной части зародышевого мешка располагаются три клетки-антиподы (передатчики питательных веществ из семяпочки в зародышевый мешок). Две оставшиеся клетки сливаются и образуют крупную центральную диплоидную клетку. Зародышевый мешок имеет покровы.

Процессу оплодотворения предшествует процесс опыления. Попав на рыльце, пыльцевое зерно прорастает в пыльцевую трубку, в которой расположены два неподвижных спермия. Синергиды выделяют ферменты, разрушающие пыльцевую трубку, и ее содержимое изливается рядом с яйцеклеткой. Оплодотворение от воды не зависит. Двойное оплодотворение (С.Г. Навашин, 1898 г.): один спермий сливается с яйцеклеткой (образуется зигота), второй – с диплоидной центральной клеткой, образуя триплоидный эндосперм. Из зиготы далее развивается зародыш, покровы превращаются в семенную кожуру. Развивающееся семя защищено стенками завязи (околоплодник). На месте цветка созревает плод.