Moške reproduktivne celice v rastlinah. Razmnoževanje in oploditev rastlin. Funkcije zarodnih celic
Morfologija gamet in tipi gametogamije
Izogamija, heterogamija in oogamija
Morfologija gamet različnih vrst je precej raznolika, proizvedene gamete pa se lahko razlikujejo po kromosomskem naboru (če je vrsta heterogametna), velikosti in gibljivosti (sposobnost samostojnega gibanja), medtem ko se gametski dimorfizem pri različnih vrstah zelo razlikuje – od odsotnosti do dimorfizma v obliki izogamije do njegove skrajne manifestacije v obliki oogamije.
Izogamija
Če se gamete, ki se združujejo, morfološko ne razlikujejo po velikosti, strukturi in kromosomskem nizu, se imenujejo izogametne ali nespolne gamete. Takšne gamete so gibljive, lahko nosijo flagele ali so ameboidne. Izogamija je značilna za številne alge.
Anizogamija (heterogamija)
Gamete, ki se lahko zlijejo, se razlikujejo po velikosti, gibljive mikrogamete nosijo bičke, makrogamete so lahko gibljive (številne alge) ali nepremične (makrogamete mnogih protistov nimajo bičkov).
Oogamija
Sperma in jajčece.
Gamete ene biološke vrste, ki se lahko zlijejo, se močno razlikujejo po velikosti in mobilnosti v dve vrsti: majhne moške gamete in velike nepremične ženske gamete - jajčeca. Razlika v velikosti gamet je posledica dejstva, da jajčeca vsebujejo zalogo hranil, ki zadostuje za zagotovitev prvih nekaj delitev zigote med njenim razvojem v zarodek.
Moške gamete - semenčice živali in mnogih rastlin so gibljive in običajno nosijo enega ali več bičkov, z izjemo moških gamet semenk brez bičkov - semenčic, ki se dostavijo v jajčece med kalitvijo cvetnega prahu, pa tudi brez bičkov. sperma (sperma) ogorčic in členonožcev.
Čeprav semenčice nosijo mitohondrije, se pri oogamiji iz moške gamete v zigoto prenese samo jedrska DNK; zigota običajno podeduje mitohondrijsko DNK (in v primeru rastlin plastidno DNK).
Literatura
Poglej tudi
Fundacija Wikimedia. 2010.
Oglejte si, kaj je "moška gameta" v drugih slovarjih:
Moški - pridobite aktivni kupon Yulmart na Academican ali kupite moške po nizki ceni v akciji Yulmart
Gamete. Tako se v botaniki imenujejo tiste celice nižjih rastlinskih organizmov, ki služijo spolnemu razmnoževanju. Njihova struktura je zelo raznolika. Spolni proces je sestavljen ravno iz zlitja žlez, če se žleze, ki se združujejo, ne razlikujejo med seboj ... ... Enciklopedija Brockhausa in Efrona
Tako se v botaniki imenujejo tiste celice nižjih rastlinskih organizmov, ki služijo spolnemu razmnoževanju. Njihova struktura je zelo raznolika. Spolni proces je sestavljen ravno iz zlitja žlez, če se žleze, ki se združujejo, ne razlikujejo po zgradbi ...
Andromonoecy moški monoecy- Andromonoecija, moška monoecija * andramonacija, moški adnadomnasc * andromonoecija pojav, ko ločena gameta tvori tako dvospolne kot staminatne cvetove... Genetika. enciklopedični slovar
ANDROGAMETA- moška gameta ali mikrogameta... Slovar botaničnih izrazov
MALARIJA- MALARIJA, iz italijanskega malaria, pokvarjen zrak, občasna, občasna, močvirna mrzlica (malaria, febris intermittens, francosko paludisme). Pod tem imenom je združena skupina tesno povezanih ljudi ... ... Velika medicinska enciklopedija
OPLOJEVANJE, ključni proces spolnega RAZMNOŽEVANJA, ko kot posledica zlitja moških in ženskih GAMET (spolnih celic) nastane ZIGOTA. V zigoti so genetske informacije (KROMOSOMI) obeh staršev (glej DEDOVNOST). ti..... Znanstveni in tehnični enciklopedični slovar
Enciklopedični slovar F.A. Brockhaus in I.A. Efron
Sestoji iz zlitja dveh spolnih celic, moške in ženske. Celica, ki nastane s to fuzijo, proizvede novo rastlino. Medtem ko bistvo ostaja nespremenjeno, se proces oploditve pri različnih rastlinah odvija različno; enako zelo različni..... Enciklopedični slovar F.A. Brockhaus in I.A. Efron
Veja botanike, ki se ukvarja z naravno klasifikacijo rastlin. Osebki s številnimi podobnimi lastnostmi so združeni v skupine, imenovane vrste. Tigraste lilije so ena vrsta, bele lilije so druga itd. Med seboj podobne vrste... ... Collierjeva enciklopedija
- (rjava, Phaeophyceae s. Fucoideae s. Melanophyceae) številne alge (glej), obarvane rjavo; slednje je odvisno od dejstva, da celice teh alg vsebujejo pigment feofil, sestavljen iz zelenega klorofila (glej) in rjavega fikofeina... Enciklopedični slovar F.A. Brockhaus in I.A. Efron
Odrasla rastlina je tako kot vsi živi organizmi sposobna razmnoževati nove organizme iste vrste kot rastlina sama. Razmnoževanje- To je povečanje števila podobnih organizmov. Razmnoževanje je ena od lastnosti življenja; lastno je vsem organizmom. Zahvaljujoč razmnoževanju lahko vrsta obstaja zelo dolgo.
Rastline so sposobne spolnega in nespolnega razmnoževanja.
IN nespolno razmnoževanje vključen je samo en posameznik in se pojavi brez sodelovanja zarodnih celic. V tem primeru so hčerinski organizmi po svojih lastnostih enaki materinskemu organizmu. Pri rastlinah je nespolno razmnoževanje predstavljeno z vegetativnim razmnoževanjem in razmnoževanjem s sporami.
Razmnoževanje s sporami najdemo v algah, mahovih, praproti, preslicah in mahovih. Spore so majhne celice, prekrite z gosto membrano. Dolgo časa so sposobni prenesti neugodne okoljske razmere. Ko najdejo ugodne razmere, vzklijejo in oblikujejo rastline.
pri spolno razmnoževanje pride do fuzije ženskih in moških zarodnih celic. Hčerinski organizmi se razlikujejo od svojih staršev. Proces zlitja zarodnih celic se imenuje oploditev.
Spolne celice imenujemo tudi gamete. Ženske spolne celice so jajca, moški - sperma(nepremična, v semenkah) ali semenčic (gibljiva, v sporah).
Kot posledica oploditve se pojavi posebna celica - zigota- ki vsebuje dedne lastnosti jajčeca in semenčice. Iz zigote nastane nov organizem.
Čeprav je hčerinski organizem podoben svojim staršem, ima vedno nekaj novih lastnosti, ki jih nima noben starševski organizem. To je glavna razlika med spolnim in nespolnim razmnoževanjem. Tako spolno razmnoževanje zagotavlja skupino organizmov iste vrste z različnimi lastnostmi. To poveča možnosti skupine za preživetje.
Pri cvetočih rastlinah je oploditev precej zapletena. Imenuje se dvojno gnojenje, saj ni oplojeno samo jajce, ampak tudi druga celica.
Semenčice nastanejo v pelodnih zrnih, ta pa dozorijo v prašnikih prašnikov. Jajčeca nastanejo v plodnicah, ki se nahajajo v jajčniku pestiča. Semena se razvijejo iz jajčnih celic po oploditvi jajčeca s semenčico.
Da pride do oploditve, mora biti rastlina oprašena, to pomeni, da mora cvetni prah pristati na stigmi. Ko zrno cvetnega prahu pristane na stigmi, začne rasti skozi stigmo in se vstavi v jajčnik ter oblikuje pelodno cev. V tem času se v prašnem zrnu oblikujeta dve semenčici, ki se pomakneta na konico pelodne cevke. Pelodna cev prodre v jajčece.
V jajčni celici se ena celica deli in podaljša, da tvori zarodkovo vrečko. Vsebuje jajčece in še eno posebno celico z dvojnim nizom dednih informacij. V to zarodkovo vrečko se vrašča cvetni prah. Ena semenčica se zlije z jajčecem in tvori zigoto, druga pa se zlije s posebno celico. Rastlinski zarodek se razvije samo iz zigote. Iz drugega zlitja nastane prehransko tkivo (endosperm). To zagotavlja zarodku prehrano med kalitvijo.
Dvojna oploditev se pojavi le pri cvetočih (kritosemenkah). Leta 1898 ga je odprl S.G. Navašin.
Struktura moških in ženskih reproduktivnih celic določa opravljanje njihove najpomembnejše funkcije - izvajanje generativnega razmnoževanja. Značilen je za predstavnike rastlin in živali. O strukturnih značilnostih zarodnih celic bomo razpravljali v našem članku.
Gamete: odnos med strukturo in funkcijo
Specializirane celice, ki izvajajo proces, se imenujejo gamete. Moške in ženske reproduktivne celice - semenčice in jajčeca - imajo haploiden, to je en niz kromosomov. Ta struktura zarodnih celic zagotavlja genotip organizma, ki nastane, ko se združijo. Je diploiden ali dvojni. Tako telo prejme polovico genetske informacije od matere, drugi del pa od očeta.
Kljub skupnim značilnostim se zgradba spolnih in živalskih vrst med seboj v marsičem razlikuje. To se nanaša predvsem na določene kraje njihovega nastanka. Tako se pri kritosemenkah semenčice nahajajo v prašnikih prašnika, jajčece pa v jajčniku pestiča. Večcelične živali imajo posebne organe - žleze, v katerih nastajajo zarodne celice: jajčeca - v jajčnikih in semenčice - v testisih.
Proces nastajanja zarodnih celic
Strukturo in razvoj zarodnih celic določa potek gametogeneze - proces njihovega nastajanja, ki poteka v več fazah. Med reproduktivno fazo se primarne gamete skozi mitozo večkrat delijo. V tem primeru se ohrani dvojni nabor kromosomov. Ta stopnja ima svoje razlike pri posameznikih različnih spolov. Tako se pri moških sesalcih začne od začetka in traja do starosti. Pri ženskah pride do delitve primarnih zarodnih celic le med intrauterinim razvojem ploda. In do pubertete ostanejo v mirovanju.
Naslednja je faza rasti. V tem obdobju se primarne gamete povečajo, pride do replikacije (podvojitve) DNA. Pomemben proces je tudi shranjevanje hranil, saj bodo potrebna za kasnejšo delitev.
Zadnja faza gametogeneze se imenuje faza rasti. Med tem procesom se primarne zarodne celice delijo z redukcijsko delitvijo - mejozo. Njegov rezultat so štiri haploidne celice, nastale iz primarnih diploidnih.
Spermatogeneza
Kot posledica nastajanja moških zarodnih celic, to je spermatogeneze, nastanejo štiri enake in popolne strukture. Imajo sposobnost oploditve. Struktura moške reproduktivne celice oziroma njena posebnost je v nastanku specifičnih prilagoditev. Zlasti je flagellum, s pomočjo katerega poteka gibanje moških spolnih celic. Ta proces se pojavi v zadnji dodatni fazi tvorbe, ki je značilna samo za proces spermatogeneze.
Oogeneza
Struktura ženskih zarodnih celic, pa tudi proces njihovega nastajanja (ovogeneza) ima številne značilne lastnosti. Med mejozo se citoplazma neenakomerno porazdeli med bodoče celice. Samo ena od njih sčasoma postane jajčna celica, ki lahko povzroči prihodnje življenje. Preostala tri se spremenijo v usmerjena telesa in se zaradi tega uničijo. Biološki pomen tega procesa je zmanjšanje števila zrelih ženskih zarodnih celic, sposobnih za oploditev. Le pod tem pogojem bo eno jajce lahko prejelo potrebno količino hranil, kar je glavni pogoj za razvoj bodočega organizma. Posledično se v času, ko je ženska sposobna roditi otroke, lahko tvori le približno 400 zarodnih celic. Medtem ko za moškega ta številka doseže nekaj sto milijonov.
Zgradba moških reproduktivnih celic
Semenčice so zelo majhne celice. Njihova velikost komaj doseže nekaj mikrometrov. V naravi se takšne velikosti naravno kompenzirajo z njihovo količino. Struktura reproduktivnih celic moškega telesa ima svoje značilnosti.
Sperma je sestavljena iz glave, vratu in repa. Vsak od teh delov opravlja določene funkcije. V glavi je stalni celični organel evkariontov – jedro. Je nosilec genetske informacije, ki jo vsebujejo molekule DNK. Je jedro, ki zagotavlja prenos in shranjevanje dednega materiala. Druga komponenta glave sperme je akrosom. Ta struktura je spremenjen Golgijev kompleks in izloča posebne encime, ki lahko raztopijo membrane jajčeca. Brez tega bo proces oploditve nemogoč. Vrat vsebuje mitohondrijske organele, ki zagotavljajo gibanje repa. Ta del sperme vsebuje tudi centriole. Ti organeli imajo pomembno vlogo pri nastanku vretena med cepitvijo oplojenega jajčeca. Rep sperme tvorijo mikrotubule, ki z energijo mitohondrijev zagotavljajo gibanje moških zarodnih celic.
Struktura jajc
Ženske reproduktivne celice so veliko večje od semenčic. Njihov premer pri sesalcih je do 0,2 mm. Toda enaka številka za ribe s plavuti je 10 cm, za morskega sleda pa do 23 cm, za razliko od moških reproduktivnih celic so jajca nepremična. Imajo okroglo obliko. Citoplazma teh celic vsebuje veliko zalogo hranil v obliki rumenjaka. Poleg DNK, ki nosi genetske informacije, jedro vsebuje še eno nukleinsko kislino - RNK. Vsebuje podatke o zgradbi najpomembnejših beljakovin bodočega organizma. Rumenjak je lahko v jajcu neenakomerno nameščen. Na primer, v lanceletu se nahaja v središču, pri ribah pa zavzame skoraj celotno površino, jedro in citoplazmo premakne na enega od polov celice. Zunaj je jajce zanesljivo zaščiteno z membranami: rumeno, prozorno in zunanjo. Prav njih mora akrosom glave semenčice raztopiti, da lahko izvede proces oploditve.
Vrste gnojenja
Zgradba in funkcije zarodnih celic določajo proces oploditve - zlitja gamet. Kot rezultat tega procesa se genetski material gamet združi v enem samem jedru in nastane zigota. Je prva celica novega organizma.
Glede na lokacijo tega procesa se razlikuje med zunanjim (zunanjim) in prvim tipom, ki se izvaja zunaj telesa ženske osebe. To se običajno zgodi v vodnih habitatih. Primeri organizmov, pri katerih pride do zunanje oploditve, so predstavniki razreda rib. Njihove samice odlagajo jajčeca v vodo, kjer jih samci zalijejo s semensko tekočino. Število jajc takšnih živali doseže več tisoč, od katerih preživi in raste le malo posameznikov. Večino jih pojedo vodne živali. Toda za vse sesalce je značilna notranja oploditev, ki se pojavi v ženskem telesu s pomočjo specializiranih samcev. Hkrati je število jajc, pripravljenih za oploditev, majhno.
Zgradba moških, ženskih spolnih celic in reproduktivnega sistema rastlin se bistveno razlikuje od živalskega. Zato se proces fuzije gamete odvija drugače. Moške reproduktivne celice rastlin nimajo repa in niso sposobne gibanja. Zato je pred oploditvijo opraševanje. To je proces prenosa cvetnega prahu s prašnika prašnika na stigmo pestiča. Nastane s pomočjo vetra, žuželk ali človeka. Ko se semenčice tako znajdejo na peclju pestiča, se po zarodni cevki spustijo v njen razširjen spodnji del - jajčnik. Jajce se nahaja tam. Ko se gamete združijo, nastane semenski zarodek.
Koncept partenogeneze
Zgradba zarodnih celic, zlasti ženskih, omogoča eno od nenavadnih oblik generativnega razmnoževanja. Imenuje se partenogeneza. Njegovo biološko bistvo je v razvoju odraslega organizma iz neoplojenega jajčeca. Ta proces opazimo v življenjskem ciklu rakov Daphnia, med katerim se izmenjujejo spolne in partenogenetske generacije. Ženska reproduktivna celica vsebuje dovolj hranilnih snovi za nastanek novega življenja. Vendar med partenogenezo ne nastanejo nove kombinacije genetskih informacij, kar pomeni, da je tudi nastanek novih lastnosti nemogoč. Vendar ima partenogeneza pomemben biološki pomen, saj omogoča proces spolnega razmnoževanja tudi brez prisotnosti osebka nasprotnega spola.
Faze menstrualnega cikla
V ženskem telesu spolne celice niso vedno pripravljene na oploditev, ampak le ob določenem času med tem fiziološkim procesom pride do cikličnih, naravnih sprememb v delovanju reproduktivnega sistema. Ta proces ureja humoralni sistem. Trajanje tega cikla je 21-36 dni s povprečjem 28. To obdobje lahko razdelimo na tri faze. V prvem (menstrualnem) obdobju, ki traja približno prvih 5 dni, pride do zavrnitve maternične sluznice. To spremlja ruptura majhnih krvnih žil. Na 6-14 dan se pod vplivom hipofize sprosti folikel, v katerem dozori jajčece. V tem obdobju se začne obnavljati sluznica maternice. To je bistvo postmenstrualne faze. Od 15. do 28. dne pride do tvorbe maščobnega vezivnega tkiva - rumenega telesca. Deluje kot začasna endokrina žleza, ki proizvaja hormone, ki upočasnijo zorenje foliklov. V obdobju od 17. do 21. dne je verjetnost oploditve največja. Če se to ne zgodi, se zarodna celica uniči in sluznica se ponovno odlušči.
Kaj je ovulacija
Na 14. dan menstrualnega cikla se struktura ženske reproduktivne celice nekoliko spremeni. Jajčece pretrga folikularno membrano in zapusti jajčnik v jajcevod. Tam se konča njegovo zorenje. Ta proces se imenuje ovulacija. To je zelo pomembno obdobje, v katerem maternica pridobi sposobnost sprejeti oplojeno jajčece.
Kromosomski niz zarodnih celic
Jajčeca in semenčice imajo en sam niz genetskih informacij. Na primer, pri ljudeh spolne celice vsebujejo 23 kromosomov, zigota pa 46. Ko se gamete združijo, telo prejme polovico svojih genov od matere, drugi del pa od očeta. To velja tudi za spol. Med kromosomi so avtosomi in en par spolnih kromosomov. Označeni so z latiničnimi črkami. Pri človeku ženske celice vsebujejo dva enaka spolna kromosoma, moške pa različne. Spolne celice vsebujejo po enega. Tako je spol nerojenega otroka v celoti odvisen od moškega telesa in od vrste kromosomov, ki jih nosi semenčica.
Funkcije zarodnih celic
Struktura ženske reproduktivne celice, tako kot moške, je med seboj povezana s funkcijami, ki jih opravljajo. Kot del reproduktivnega sistema opravljajo funkcijo generativnega razmnoževanja. Za razliko od nespolnega razmnoževanja, pri katerem je ohranjena celovitost genetske informacije organizma, spolno razmnoževanje zagotavlja ustvarjanje novih lastnosti. To je nujen pogoj za nastanek prilagoditve in s tem celoten obstoj živih organizmov.
Oglejte si življenjske cikle rastlin na slikah 97-99. Iz učbenika za 6. razred se spomnite, kako se te rastline razmnožujejo. Kaj je bistvo dvojne oploditve pri kritosemenkah (cvetočnicah)?
Pri rastlinah nastajanje zarodnih celic in individualni razvoj potekata drugače kot pri živalih. V rastlinskem kraljestvu se v življenjskem ciklu izmenjujejo spolne in nespolne generacije. Poleg tega se pri rastlinah mejoza ne pojavi med nastajanjem zarodnih celic, temveč med zorenjem spor.
Menjava generacij v rastlinah. Sporofit (iz grščine spore - seme in phyton - rastlina) je nespolna generacija rastlin z dvojnim nizom kromosomov. Spore nastanejo na sporofitu med mejozo. Iz spor se razvije gametofit (iz grškega gameta - zakonec in phyton - rastlina) - spolna generacija z enim nizom. V mitozi proizvaja gamete. Po oploditvi zigota ponovno tvori sporofit. Nato se postopek ponovi. Odrasel organizem je lahko gametofit ali sporofit (slika 96), odvisno od vrste rastline.
riž. 96. Menjava nespolnih (sporofitov) in spolnih (gametofitov) generacij v življenjskem ciklu rastlin
V zelenih algah življenjski cikel prevladuje spolna generacija - gametofit (slika 97). Razmnožuje se nespolno in spolno. V določenem obdobju se na gametofitu razvijejo gamete, različne ali enake velikosti. Po zlitju gamet nastane zigota, iz katere kot posledica mejoze nastanejo trosi. Iz njih nastanejo novi gametofiti. V življenjskem ciklu zelenih alg sporofit predstavlja samo ena celica - zigota.
riž. 97. Življenjski cikel zelene alge (ulotrix)
Pri mahovih v ciklu prevladuje tudi gametofit (slika 98). Razvije se, ko spora kali. To je listnata rastlina, na poganjkih katere se oblikujejo moški in ženski reproduktivni organi. Sporofit - tanko steblo s kapsulo - se razvije na gametofitu in ni sposoben samostojnega obstoja.
riž. 98. Življenjski cikel zelenomahovskega kukavičjega lanu
V sporangiju trosi nastanejo kot posledica mejoze. Po dozorevanju se trosi razlijejo in v vlažnem okolju vzklijejo, pri čemer nastane razvejana nit (predrast). Na njej se iz popkov razvijejo gametofiti.
Nasprotno, pri praproti, mahu in preslici v življenjskem ciklu prevladuje sporofit (slika 99). Na njej nastanejo trosi v posebnih organih - sporangijih kot posledica mejoze. Po zorenju se trosi razlijejo in vzklijejo. Ko pride do kalitve iz spore, se razvije spolna generacija - gametofit, ki je majhen izrastek. Med procesom mitoze nastanejo moške in ženske gamete.
riž. 99. Življenjski cikel moške ščitaste praproti
V prisotnosti vode pride do oploditve in nastane zigota. Iz njega se razvije zarodek, nato pa mlada rastlina – sporofit.
Razmnoževanje in razvoj semenskih rastlin. Pri semenskih rastlinah pride do razmnoževanja s semeni. V življenjskem ciklu prevladuje sporofit, gametofit pa je močno zmanjšan (reduciran), se razvije na sporofitu in je predstavljen le z nekaj celicami. Razmislimo o razvoju semenk na primeru življenjskega cikla kritosemenk ali cvetnic.
riž. 100. Stožec - organ družinskega razmnoževanja golosemenk
Odrasla rastlina je sporofit in ima dvojni nabor kromosomov. Iz semena se razvije sporofit. Razmnoževalni organ je cvet (slika 101). Cvet razvije ženski organ, pestič, in moški organ, prašnik. V jajčniku pestiča se kot posledica mejoze oblikujejo 4 spore v jajčnikih. Delitev poteka neenakomerno - nastanejo ena velika spora in tri majhne. Tri majhne trose odmrejo, ena velika pa se razvije v ženski gametofit. Tros se z mitozo trikrat razdeli in nastane osemjedrna zarodna vreča: 8 jeder, v katerih je razporejenih na naslednji način. Bližje vhodu cvetnega prahu je veliko jedro - jajčna celica; v bližini sta dve manjši jedri - spremljevalni. Na nasprotnem polu vrečke so tri jedra, v središču pa sta dve osrednji jedri. Vsa jedra imajo en niz kromosomov (n). Tako je ženski gametofit pri kritosemenkah predstavljen z osemjedrno zarodkovo vrečko.
riž. 101. Organi razmnoževanja semena cvetočih rastlin: 1 - cvet; 2 - sadje
V pelodnih vrečkah prašnikov se kot posledica mejoze iz trosnih celic oblikujejo 4 majhne trose. Vse spore se razvijejo in povzročijo moške gametofite. Vsaka trosa se z mitozo deli in tvori vegetativno in generativno celico. Vegetativne in generativne celice so prekrite z dvojno membrano – nastane cvetni prah. Tako je moški gametofit v kritosemenkah predstavljen z dvema celicama z lupino - cvetnim prahom.
Ko pelodno zrno pristane na peclju cveta, začne vegetativna celica kaliti in oblikuje pelodno cev. Zahvaljujoč toku citoplazme pelodne cevi se generativna celica pomika proti pelodni odprtini zarodkovega mešička (slika 102). Jedro generativne celice se z mitozo deli in nastaneta dve semenčici - nepremični moški gameti. V zarodno vrečko vstopijo skozi prehod za cvetni prah. Ena semenčica (n) se zlije z jajčecem (n) in tvori zigoto (2n). Iz zigote se razvije semenski zarodek. Druga semenčica (n) se zlije z dvema jedroma centralne celice (2n), kar povzroči nastanek endosperma semena, v katerem so shranjene hranilne snovi. Jedra celic endosperma pri kritosemenkah imajo trojni niz kromosomov (3n).
riž. 102. Življenjski cikel in dvojna oploditev pri cvetočih rastlinah: 1 - zlitje sperme z osrednjo celico; 2 - zlitje sperme z jajčecem; 3 - semenska lupina; 4 - zarodek (2n); 5 - endosperm (3n)
Proces zlitja semenčice z jajčecem in osrednjo celico imenujemo dvojna oploditev. Leta 1898 ga je odkril ruski znanstvenik Sergej Gavrilovič Navašin (slika 103). Kot posledica dvojne oploditve nastane seme iz jajčeca cveta, semenska ovojnica pa iz ovojnice jajčeca. Okoli semena se stene ploda razvijejo iz plodnice ali drugih delov cveta. Ko se stena ploda odpre ali uniči, je seme izpostavljeno. Pod določenimi pogoji vzklije in iz zarodka semena se razvije nova rastlina, sporofit.
riž. 103. Sergej Gavrilovič Navašin (1857 - 1930)
Torej se pri rastlinah od nižjega do višjega postopoma povečuje življenjska doba sporofita. Začenši s pteridofiti, življenjski cikel prevladuje sporofit, gametofit pa se postopoma zmanjša na eno ali nekaj celic.
Vaje na podlagi obravnavane snovi
- Kakšna je posebnost individualnega razvoja rastlin v primerjavi z živalmi?
- Kako pride do menjave generacij v rastlinah?
- Katera generacija prevladuje v življenjskem ciklu alg, mahov, praproti in semenk?
- Kako poteka razvoj ženskih in moških gametofitov v kritosemenkah ali cvetočih rastlinah?
- Zakaj se oploditev pri kritosemenkah ali cvetočih rastlinah imenuje dvojna oploditev?
- Kako se gametofit spreminja od nižjih k višjim rastlinam? Pojasni, kakšno prednost to daje rastlinskemu organizmu.
Razvoj živalskih zarodnih celic, oz gametogeneza, poteka v več fazah. V reproduktivnem obdobju se primordialne zarodne celice razmnožujejo z mitozo. V obdobju rasti vsak od njih raste in doseže določeno velikost. Po tem se začne proces zorenja. Posledično se iz ene primarne moške reproduktivne celice oblikujejo štiri enake semenčice. Nasprotno pa ena primarna ženska zarodna celica proizvede samo eno jajčece. Tri vodilna telesa, nastala v procesu delitve, odmrejo.
Pri večceličnih živalih poteka razmnoževanje v posebnih organih - spolnih žlezah ali spolnih žlezah (jajčnikih, testisih in hermafroditnih spolnih žlezah) in je sestavljeno iz treh glavnih stopenj: 1) razmnoževanje primarnih zarodnih celic - gametogonija (spermatogonija in oogonija) skozi niz zaporedne mitoze , 2) rast in zorenje teh celic se zdaj imenujejo gametociti (spermatociti in oociti), ki imajo tako kot gametogonij popoln (večinoma diploiden) nabor kromosomov. V tem času se zgodi glavni dogodek gametogeneze pri živalih - delitev gametocitov z mejozo, kar vodi do zmanjšanja (prepolovitve) števila kromosomov v teh celicah in njihove transformacije v haploidne celice. - spermatide in ootide; 3) tvorba sperme (ali sperme) in jajčec; v tem primeru so jajčeca oblečena s številnimi zarodnimi membranami, semenčice pa pridobijo flagele, ki zagotavljajo njihovo mobilnost. Pri samicah mnogih živalskih vrst se mejoza in tvorba jajčeca končata po tem, ko sperma prodre v citoplazmo oocita, vendar pred zlitjem jedra sperme in jajčeca.
Pri rastlinah gametogeneza ločeno od mejoze in se začne v haploidnih celicah - v sporah (v višjih rastlinah - mikrospore in megaspore). Spolna generacija rastline se razvije iz trosov - haploidnega gametofita. , v genitalnih organih od katerih - gametangiji (moški - anteridij, ženski - arhegoniji) G nastane skozi mitoze golosemenke in kritosemenke, pri katerem se spermatogeneza pojavi neposredno v kalijoči mikrospori - celici cvetnega prahu. Pri vseh nižjih in višjih spornih rastlinah je kalitev v anteridiju ponavljajoča se delitev celic, kar povzroči nastanek velikega števila majhnih gibljivih semenčic. G. v arhegoniji - tvorba enega, dveh ali več jajc. Pri golosemenkah in kritosemenkah je moško razmnoževanje sestavljeno iz delitve (z mitozo) jedra pelodne celice na generativno in vegetativno ter nadaljnje delitve (tudi z mitozo) generativnega jedra na dve semenčici. Ta delitev se zgodi v cevki kalečega cvetnega prahu. Kaljenje samice pri kritosemenkah je ločitev ene jajčne celice z mitozo znotraj embrionalne vrečke z 8 jedri. Glavna razlika med ginekologijo pri živalih in rastlinah: pri živalih združuje preoblikovanje celic iz diploidnih v haploidne in nastanek haploidnih gamet; pri rastlinah se kalitev zmanjša na nastanek gamet iz haploidnih celic.
Spolno razmnoževanje semenk- razmnoževanje s semeni normalnega (ne apomiktnega) izvora. Nastali novi posamezniki imajo genotipe, ki se razlikujejo od starševskih organizmov.
Rastline doživljajo redno menjavo jedrnih faz (haploidnih in diploidnih). Posebno pozornost si zaslužijo cvetoče rastline, najpogostejše na Zemlji. V življenjskem ciklu višjih rastlin pride do menjave dveh generacij: gametofita in sporofita. Gametofit - majhna rastlina spolne generacije, na kateri se oblikujejo reproduktivni organi, ki proizvajajo gamete. Na njem se razvijejo tako ženske kot moške spolne celice. V semenskih rastlinah so gametofiti praktično izgubili sposobnost samostojnega obstoja. Prevladujoča generacija je sporofit (večina celic je diploidnih), običajno velika listnata rastlina, ki obstaja dokaj dolgo. Sporofit nastane po fuziji moških in ženskih haploidnih gamet.
Cvet je glavni reproduktivni organ kritosemenskih cvetočih rastlin. Cvet lahko štejemo za sporofit, organ nespolnega razmnoževanja (ker proizvaja mikrospore in megaspore), in gametofit - organ spolnega razmnoževanja (ker se moške gamete - semenčice - razvijejo iz mikrospor, ženske gamete - jajčeca - iz megaspor).
Razvoj pelodnih zrn poteka v gnezdih cvetnega prahu - mikrosporangiji prašniki - v dveh stopnjah.
Prva stopnja - mikrosporogeneza sporogeno tkivo se deli z mitozo, pri čemer nastanejo celice mikrospore - mikrosporociti (2n). Mikrosporociti se delijo z mejozo in nastanejo mikrosporije (n). Vsaka matična celica proizvede štiri mikrospore (tetrad mikrospor).
Druga stopnja – mikrogametogeneza – razvoj mikrogametofita. Vsaka mikrospora (n) se deli z mitozo in nastane mikrogametofit- moški gametofit, oz zrno cvetnega prahu. Najprej se izvede proces nespolnega razmnoževanja sporofita, za katerega se uporabljajo majhne spore. Nato se znotraj pelodnega mešička iz kalečega (delitvenega) spora oblikuje mikroskopsko majhen moški gametofit, ki je že nova spolna generacija.
Razvoj zarodne vrečke poteka v jajčni celici (megasporangij) v dveh fazah. Prva faza je megasporogeneza - razvoj megaspor. Sporogene celice (2n) se delijo z mitozo in tvorijo megasporne celice - megasporociti (2n). Megasporociti se delijo z mejozo in nastanejo megaspore (n). Vsaka matična celica proizvede štiri megaspore. V megagametofitu se razvije le ena od mikrospor (običajno spodnja), ostale degenerirajo. Druga stopnja je metagametogeneza - razvoj megagametofita (zarodne vrečke). Preostali od štirih megaspor (n) zaporedno se razdeli v tri mitoze brez citokineze (delijo se samo jedra). Na polih zarodne vrečke se oblikujejo štiri jedra - osemjedrna zarodna vreča.
Dve jedri iz polov se pomakneta proti središču in se združita skupaj ter tvorita osrednja (sekundarna) jedra (2n). Jedra, ki ostanejo na polih, se spremenijo v celice: antipodi (n), jajce(n), sinergidi (n). Nastane megagametofit (zarodna vrečka).
Treba je biti pozoren na dejstvo, da pri višjih rastlinah (za razliko od živali) proces nastajanja zarodnih celic poteka z mitozo. Vse večcelične živali in človek v ta namen uporabljajo mejozo. Moški gametofit pri cvetnicah je sestavljen iz 3 celic, pri čemer ena semenčica oplodi jajčno celico zarodne vrečke, druga pa osrednjo jajčno celico. se zgodi " dvojno gnojenje».
Rezultat spolnega razmnoževanja gametofita cvetoče rastline je nastanek diploidne zigote in velike triploidne celice. Njihova delitev z mitozo na koncu vodi do nastanka zarodka in endosperma semena (hranilne rezerve). Seme je pomembna faza v razvoju nove generacije sporofita.
UvretenčarjiŽenske reproduktivne celice nastajajo v spolnih žlezah - jajčnikih, moške pa v testisih. V spolnih žlezah nastanejo haploidne gamete iz prvotnih diploidnih celic.
Nastajanje zrele sperme v telesu sesalci se začne z nastopom pubertete, jajčeca pa v prenatalnem obdobju razvoja ženskega telesa.
V razvoju zarodnih celic je več stopenj. Prva stopnja razvoja zarodnih celic se imenuje razmnoževanje. Za to fazo je značilna delitev diploidnih celic z mitozo. V tem primeru iz vsake matične celice nastaneta dve hčerinski diploidni celici. Zaradi mitoze se število celic poveča.
Nato pride faza rasti. V tem obdobju se velikost celic poveča. Celice so v stanju interfaze. Sintetizirajo beljakovine, ogljikove hidrate, lipide, ATP in dvojne kromosome.
V fazi zorenja se celice delijo z mejozo. Število kromosomov se prepolovi in iz vsake diploidne celice nastanejo štiri 1000. haploidne hčerinske celice.
Pri moških so vse celice, nastale kot posledica mejoze, enake in popolne. Pri samicah le ena celica - jajčece - kopiči veliko zalogo hranil, potrebnih za razvoj bodočega zarodka, preostale tri majhne celice nato odmrejo.
Razvoj zarodnih celic se konča z obdobjem nastajanja, v katerem nastanejo gamete - semenčice in jajčeca.
Tvorba zarodnih celic pri kritosemenkah poteka na edinstven način. Gamete nastajajo v prašnikih in pestičih. Prašniki vsebujejo veliko diploidnih celic, od katerih se vsaka deli z mejozo. Posledično iz vsake diploidne celice nastanejo štiri haploidne celice, ki se tu ne končajo. Haploidno jedro vsakega pelodnega zrna se razdeli z mitozo. Tako nastaneta dve haploidni celici - generativna in vegetativna. Generativna celica se ponovno deli z mitozo, kar povzroči dve haploidni semenčici. Spermatozoidi so moške spolne celice. So nepremične, ker nimajo bičkov in so dostavljene v jajčece skozi pelod.
Tako zrelo pelodno zrno vsebuje tri celice: vegetativno ali pelodno cevko in dve semenčici.
V jajčniku je jajčece, v katerem nastane ženska reproduktivna celica. V jajčni celici kot posledica mejoze nastanejo štiri haploidne celice iz ene diploidne celice. Tri celice odmrejo, preostala pa se skozi mitozo trikrat deli. Tako nastane osem haploidnih celic, ki tvorijo zarodkovo vrečko. Ena od njih se spremeni v jajčece, dve celici se združita in tvorita diploidno celico - sekundarno jedro zarodne vrečke. Preostalih pet celic ima podporno vlogo in tvori steno zarodne vrečke.
Pri človeku je zrela reproduktivna celica (gameta) semenčica pri moškem, jajčece (jajčece) pri ženski. Preden se gamete zlijejo v zigoto, se morajo te spolne celice oblikovati, dozoreti in nato srečati. Človeške zarodne celice so po zgradbi podobne gametam večine živali. Temeljna razlika med gametami in drugimi telesnimi celicami, imenovanimi somatske celice, je v tem, da gameta vsebuje le polovico števila kromosomov kot somatska celica. V človeških zarodnih celicah jih je 23. V procesu oploditve vsaka zarodna celica prinese v zigoto svojih 23 kromosomov in tako ima zigota 46 kromosomov, tj. njihov dvojni niz, kot je lasten vsem človeškim somatskim celicam. Medtem ko sta po svojih glavnih strukturnih značilnostih podobna somatskim celicam, sta semenčica in jajčece hkrati visoko specializirana za svojo vlogo pri razmnoževanju. Sperma je majhna in zelo gibljiva celica. Nasprotno, jajčece je nepremično in veliko večje (skoraj 100.000-krat) od semenčice. Večino njegove prostornine sestavlja citoplazma, ki vsebuje zaloge hranil, potrebnih za zarodek v začetnem obdobju razvoja. Za oploditev morata jajčece in semenčica dozoreti. Poleg tega mora biti jajčece oplojeno v 12 urah po izstopu iz jajčnika, sicer umre. Človeška sperma živi dlje, približno en dan. S hitrim premikanjem s pomočjo repa v obliki biča sperma doseže kanal, povezan z maternico - jajcevod, kamor jajčece vstopi iz jajčnika. To običajno traja manj kot eno uro po parjenju. Menijo, da do oploditve pride v zgornji tretjini jajcevodov. Kljub temu, da ejakulat običajno vsebuje na milijone semenčic, le ena prodre v jajčece in aktivira verigo procesov, ki vodijo do razvoja zarodka. Zaradi dejstva, da celotna sperma prodre v jajčece, človek prinese potomcu poleg jedrskega materiala tudi določeno količino citoplazemskega materiala, vključno s centrosomom - majhno strukturo, potrebno za celično delitev zigote. Sperma določa tudi spol potomcev. Za vrhunec oploditve se šteje trenutek zlitja jedra sperme z jedrom jajčeca.
Oploditev pri kritosemenkah poteka pred mikro- in megasporogeneza ter opraševanje.
Mikrosporogeneza se pojavi v prašnikih prašnikov. V tem primeru se diploidne celice izobraževalnega tkiva prašnika zaradi mejoze spremenijo v 4 haploidne mikrospore. Čez nekaj časa se mikrospora začne mitotično deliti in se spremeni v moški gametofit - cvetni prah. Zrno cvetnega prahu je na zunanji strani prekrito dve membrani: eksina in intina.
Exine– zgornja lupina je debelejša in nasičena s sporoleninom, maščobi podobnim snovem. To omogoča, da cvetni prah prenese znatne temperaturne in kemične vplive. Eksina vsebuje zarodne pore, ki so do oprašitve zaprte z »čepki«.
Intina vsebuje celulozo in je elastičen. Cvetni prah vsebuje dve celici: vegetativno in generativno.
Megasporogeneza poteka v jajčni celici. Zaradi mejoze se iz matične celice nucelusa oblikujejo 4 megaspore, od katerih ostane le ena. Ta megaspora se močno razraste in potiska nucelusna tkiva proti integumentom in tvori zarodkovo vrečko. Jedro zarodne vrečke se trikrat razdeli z mitozo. Po prvi delitvi se dve hčerinski jedri premakneta na različna pola: halazal in mikropilar (nahajajo se bližje cvetnemu prahu), in tam so razdeljeni dvakrat. Tako so na vsakem polu štiri jedra. Tri jedra na vsakem polu so izolirana v ločene celice, preostali dve pa se premakneta v sredino in se združita ter tvorita sekundarno diploidno jedro. Na mikropilarnem polu sta dva sinergida in ena večja celica – jajčece. Antipodi se nahajajo na halazalnem polu. Tako zrela zarodna vrečka vsebuje 8 celic
opraševanje vključuje prenos cvetnega prahu s prašnikov na stigmo.
Gnojenje. Pelodna zrna, ki nekako pristanejo na stigmi, vzklijejo. Kaljenje cvetnega prahu se začne z nabrekanjem zrna in nastajanjem pelodne cevke iz vegetativne celice. Pelodna cev prebije lupino na njenem tanjšem mestu – t.i zaslonka Konica pelodne cevke izloča posebne snovi, ki mehčajo tkiva stigme in sloga. Ko cvetni prah raste, postane jedro vegetativne celice in generativne celice, ki se deli in tvori dve semenčici. Pelodna cevka skozi mikropil jajčne celice prodre v zarodno vrečko, kjer se razpoči in se njena vsebina izlije v notranjost.
Ena od semenčic se zlije z jajčecem in tvori zigoto, ki nato povzroči zarodek semena. Druga semenčica se zlije s centralnim jedrom, kar povzroči nastanek triploidnega jedra, ki se nato razvije v triploidni endosperm.
Tako je endosperm pri kritosemenkah triploiden in sekundaren, ker nastala po oploditvi.
Celoten proces se imenuje dvojno gnojenje. Prvič ga je opisal ruski znanstvenik S. G. Navašin. (1898).
