На ЕГЭ по биологии один из вопросов, который может вам попасться в КИМе - это вопрос по жизненным циклам растений. С одной стороны, для учеников эти вопросы могут даваться тяжело, но с другой стороны, есть некий алгоритм, которым можно воспользоваться. Вот об этом алгоритме у нас и пойдет речь.
Основные определения и понятия
Прежде всего определимся с понятиями, которыми мы будем оперировать.
Спорофит - диплоидная (2n) стадия жизненного цикла растения, на которой образуются споры (n) в ходе мейоза.
Гаметофит - гаплоидная (n) стадия жизненного цикла растения, на которой образуются гаметы (n) в ходе митоза.
Архегонии - женские половые органы растений, в которых образуются яйцеклетки.
Антеридии - мужские половые органы растений, в которых образуются сперматозоиды.
Спорангий - орган растений, который располагается на спорофите и внутри которого из спорогенной ткани (2n) в ходе мейоза образуются споры.
Параметры, на которые следует обращать внимание
Данная схема абсолютно универсальна для любого растения. Отличаться будут только некоторые параметры:
- Какая фаза жизненного цикла доминирует (гаметофит или спорофит)
- Название гаметофитов и их внешний вид
- Внешний вид спорофита
- Внешний вид спорангия
- Расположение спорангия на растении
- Внешний вид споры (тип спор)
Прежде чем мы пойдем дальше, поясню некоторые пункты.
Когда мы говорим о доминировании гаметофита или спорофита, это означает, что растение находится в этой фазе жизненного цикла большую часть жизни. Зачастую растение в этой фазе выглядит физически больше, крупнее.
Название гаметофитов и их внешний вид подразумевает, что этот гаметофит может иметь форму пластинки, или быть взрослым растением, или всего включать в себя несколько клеток. Но в любом случае он будет назваться определенным образом.
Внешний вид спорофита очень разный (начиная от деревьев и заканчивая травянистыми растениями). Мы не будем много внимания уделять этому вопросу, поскольку в таком случае мне пришлось бы в этой статье рассказывать всю ботанику. Будем обращать внимание лишь на те аспекты, которые нам важны в контексте рассказа о жизненных циклах.
Внешний вид спорангиев - как правило, это "коробочка", которая содержит споры. Хотя у семенных растений (голосеменных и покрытосеменных) она существенно эволюционировала, и если вы ранее не задумывались над тем, что семязачаток и пыльцевой мешок фактически и представляют собой спорангии, то сейчас самое время об этом задуматься:)
Расположение спорангия на растении изначально было одно: на нижней стороне листа. Просто в одном случае это очевидно, а в других случаях нет. С этим тоже разберемся.
Что касается внешнего вида споры, то тут требуется определенное пояснение. Понятно, что спора - это всегда одиночная клетка, имеющая гаплоидный набор хромосом и покрытая плотными оболочками. Просто иногда из клетки спорогенной ткани (2n) в ходе мейоза образуются четыре абсолютно одинаковые мелкие споры (тогда такие растения называются равноспоровыми, а гаметофиты, которые потом вырастают из таких спор - обоеполыми, или однодомными).
Иногда в ходе мейоза из клетки спорогенной ткани образуется тоже четыре клетки, но три из них погибают, а четвертая - большего размера - называется мегаспорой, и из нее впоследствии вырастает женский гаметофит. Мужской гаметофит образуется из микроспоры (четыре микроспоры образуются в результате мейоза из клетки спорогенной ткани). Такие растения называются разноспоровыми.
Растения, жизненные циклы которых следует запоминать, относятся к следующим отделам:
Мохообразные
Папоротникообразные (Папоротники, Хвощи и Плауны)
Голосеменные
Покрытосеменные
Жизненный цикл мхов
Давайте пройдемся по всем 6-ти пунктам
1. В жизненном цикле доминирует гаметофит
2. Гаметофит - это листостебельное растение (когда гаметофит только прорастает - молодой гаметофит, - он называется протонемой)
3. Спорофит - коробочка на ножке, которая формируется на гаметофите (фактически без гаметофита спорофит у мхов жить не может, т.к. зачастую не способен к фотосинтезу и получает питательные вещества от гаметофита).
4. Спорангий - коробочка, в которой созревают споры
5. Собственно, про расположение спорангия мы уже сказали: он находится на верхушке гаметофита
6. Мхи относятся к равноспоровым растениям
Жизненный цикл папоротников
1. В жизненном цикле доминирует спорофит
2. Гаметофит имеет форму зеленой пластинки (в форме сердечка), у которого на нижней части располагаются ризоиды (что-то вроде "корней", но только не истинные корни в нашем понимании). Гаметофит называется заросток.
3. Спорофит имеет вид побега, стебель которого располагается в почве, от него отходят корневище, а на поверхности располагаются огромные зеленые листья - вайи
4. Спорангий - это коробочка со спорами. Просто у папоротников эти коробочки собираются вместе под одной оболочкой и образуют сорус (именно сорусы мы видим на нижней стороне листа папоротников).
5. Спорангии располагаются в сорусах на нижней стороне листа.
6. Папоротники бывают как равноспоровыми, так и разноспоровыми.
Жизненный цикл хвощей
Сразу оговорюсь, что общая схема жизненного цикла хвоща и папоротника одинакова. Отличаются только некоторые параметры. О них и поговорим.
3. Внешний вид спорофита - побег (есть летняя и есть весенняя форма) с членистыми листьями (на рисунке обе формы приведены)
5. Спорангии располагаются на верхушке побега (объединяются в виде спороносного колоска)
Жизненный цикл плаунов
Здесь тоже остановимся лишь на некоторых моментах, которые принципиально отличают плаун от папоротника или хвоща.
3. Спорофит - это зеленый побег с микроскопическими листьями (это называется микрофиллия)
5. Спорангии - это коробочки со спорами, которые располагаются на нижней стороне листа, а сами листья собраны в спороносные колоски на верхушке побега (в этом смысле они похожи на хвощи, хотя внешний вид спороносных колосков у них отличается).
Жизненный цикл голосеменных
- В жизненном цикле доминирует спорофит
- Мужской гаметофит - пыльцевое зерно, состоит из 3-х клеток (2 спермия и 1 вегетативная клетка); женский гаметофит - зародышевый мешок (содержит 8 клеток, одна из которых - яйцеклетка)
- Внешний вид спорофита - это само растение (хвойные деревья, например)
- Внешний вид микроспорангия - пыльцевой мешочек, который располагается на чешуйках мужских шишек; мегаспорангий - семязачаток, который располагается на чешуйках женских шишек
- Мегаспорангии и микроспорангии располагаются на чешуйках женских и мужских шишек соответственно
- Голосеменные являются разноспоровыми растениями
Жизненный цикл покрытосеменных
- В жизненном цикле доминирует спорофит
- Мужской гаметофит - пыльцевое зерно, состоит из 3-х клеток (2 спермия и 1 вегетативная клетка); женский гаметофит - зародышевый мешок. Он содержит 7 клеток, одна из которых - яйцеклетка, 2 синергиды, 3 антиподы и одна диплоидная центральная клетка (остальные клетки зародышевого мешка гаплоидны)
- Внешний вид спорофита - это само растение (травы, кустарнички, кустарники, деревья)
- Внешний вид микроспорангия - пыльцевой мешок, мегаспорангия - семязачаток
- Микроспорангии располагаются на тычиночных нитях (в прошлом тычинки были листьями, на которых располагались микроспорангии, но потом от листьев осталась только тычиночная нить). Мегаспорангии располагаются внутри завязи пестика (пестик когда-то тоже был листом, но потом сложился пополам, его "створки" срослись и он превратился в пестик, внутри которого стал располагаться семязачаток).
- Покрытосеменные являются разноспоровыми растениями
Вот самое приблизительное описание жизненных циклов растений. Как вы видите, общая схема (чередование гаметофитов и спорофитов) у растений принципиально не меняется, варьируют лишь определенные детали. В следующих постах я постараюсь рассказать вам как отвечать на вопросы 2-й части, если там попадается вопрос о жизненных циклах (это довольно легкие вопросы, на которых можно получить дополнительно 3 балла).
Последовательность процессов в жизненном цикле растений (общая схема)
Давайте еще раз опишем процессы, характерные для жизненного цикла растений.
- Слияние гамет (яйцеклетки и сперматозоида) - оплодотворение
- Формирование зиготы (2n)
- Митоз зиготы и формирование спорофита (2n)
- Формирование в ходе митоза на спорофите спорангия (2n)
- Формирование внутри спорангия из клеток спорогенной ткани (2n) в ходе мейоза спор (n)
- В ходе митоза из спор образуется гаметофит (n)
- На гаметофите в ходе митоза созревают мужские и/или женские половые органы - антеридии (n) и архегонии (n)
- В антеридиях в ходе митоза образуются сперматозоиды (n), а в архегониях в ходе митоза образуются яйцеклетки (n)