В этой статье моя цель – дать более чёткое понимание различных стадий в циклах высших растений (водоросли не трогаем :); уверен, вы о них уже знаете: Спорофит, гаметофит, спорангий, антеридий, архегоний…
🍃Вспомним ещё раз смысл этих понятий, пройдём по всем группам высших растений и вспомним, где у них что.
🍃Получим чёткую картину у себя в голове и не запутаемся на экзамене! (например, в заданиях, связанных с плоидностью)
🍂P.S: В статье будет немнооожко подробностей, которые вам знать не обязательно, но которые важны для более глубокого понимания)
(Они будут отмечены курсивом)
— Жизненные циклы разных групп высших растений, конечно же, отличаются, но все они могут быть сжато описаны вот такой вот схемой:
Давайте по порядку:
🌲1.Спорофит или бесполое поколение.
- Спорофит всегда диплоидный (2n), так как образуется он из диплоидной зиготы, которая многократно делится митозом – спорофит растёт.
- Спорофит может быть как очень простым (коробочка со спорами у мхов), так и большим и очень сложно устроенным (Берёза белая).
Как и почти во всех многоклеточных организмах на планете, не все клетки спорофита – одинаковые. Они дифференцируются и образуют разные его ткани и системы органов. Есть в его составе такие органы - спорангии. Их может быть один или очень много.
🍇2.Спорангий
🌱Внутреннее пространство спорангия занято клетками спорогенной ткани (2n) – из этих диплоидных клеток, в результате мейоза образуются гаплоидные (n) споры – такие хитрые клетки, отличительной особенностью которых становится стенка из особого вещества – спорополленина.
- Споры могут быть одинаковыми – растения с одинаковыми спорами называют равноспоровыми. Все споры в таких растениях образуются в спорангиях одного типа.
🌱Или же споры могут быть двух типов: большими и маленькими – мега- и микроспорами. Крупные споры вываливаются из мегаспорангиев, а мелкие – из микроспорангиев.
☘- Растения с одинаковыми спорами – это все мхи, хвощи, плауны и почти все папоротники.
🌻С разными – семенные растения (голосеменные + покрытосеменные), а также ооочень немногие папоротниковидные ( в школьной программе таких нет)
- Предназначение спор – прорасти в гаметофит.
🌱3. Гаметофит или половое поколение.
Гаметофит вырастает из гаплоидной споры, поэтому он и сам всегда гаплоидный (n)
Гаметофит – тоже многоклеточный организм, в котором впринципе могут развиваться разные органы. Есть у него и репродуктивные органы – антеридии (мужские) и архегонии (женские). Вместе они называются гаметангии. Их также может быть очень разное количество.
♦Если на гаметофите развивается только один тип гаметангиев, то такой гаметофит – однополый. Если оба типа – обоеполый.
♦Как и спорофит, гаметофит может быть совершенно разной организации – маленьким и простым или большим и сложным.
🌽4. Антеридии и архегонии
Вот так выглядит общая схема антеридия и архегония. (листаем карусель!)
А) Два разных антеридия. (Просто показать, какие бывают ) В их внутренней части располагаются сперматоциты – клетки, которые делятся митозом и образуют гаплоидные(n) мужские гаметы – подвижные, со жгутиком (сперматозоиды) или неподвижные (спермии – у семенных растений).
💧В какой-то момент мужские гаметы выходят во внешнюю среду для того, чтобы слиться с яйцеклеткой. Далеко не каждая гамета достигает своей цели, поэтому их очень много.
Б) Два разных архегония. В их внутренней части также есть клетки, делящиеся митозом, но большинство из получившихся клеток умирает, остаётся только одна большая клетка – яйцеклетка.
🌸Яйцеклетка никуда не уходит, она остаётся в архегонии до самого слияния с мужской гаметой. Поэтому нет смысла делать много яйцеклеток, они не выйдут во внешнюю среду и не потеряются.
🌸А вот питательных веществ в яйцеклетке надо много, ведь они пойдут на создание нового организма! Лучше питательные вещества все отдать одной нормальной яйцеклетке, чем делать кучу неполноценных и обделённых ЗПВ)
Нужно отметить одну важную вещь! В ходе эволюции высших растений половое поколение (гаметофит) становится всё более маленьким и простым, а бесполое поколение (спорофит) – больше и сложнее!
- Так, у мхов гаметофит – это целое зелёное растение ( которое мы и видим на болотах и в других местах, где мхи растут), а спорофит представлен лишь маленькой коробочкой со спорами.
- А вот у семенных растений зелёное растение, которое мы видим – это огромный и сложный спорофит! Гаметофит у них стал маленьким и даже не выходит из споры!)
Давайте теперь применим всё вышесказанное к отдельным группам высших растений!
🍀Мхи (пример: кукушкин лён)
- Как мы уже знаем, у мхов в жизненном цикле преобладает гаметофит. Гаметофит у кукушкина льна раздельнополый. Есть чисто мужские растения, у которых есть только антеридии, и только женские, где есть только архегонии.
- Если окружающая мох среда достаточно влажная, то сперматозоиды покидают антеридий и попадают на женское растение – на архегоний.
- В архегонии оплодотворённая яйцеклетка (зигота) начинает прямо там же и делиться – прямо на гаметофите вырастает спорофит (2n) – коробочка на ножке.
🍀Спорофит кукушкина льна устроен очень просто. По сути это просто придаток, в котором образуется множество спор. Коробочка снабжена крышечкой, которая открывается, и споры рассыпаются. Споры у мхов одинаковые.
- Во влажной среде споры прорастают в гаметофит. И вот погнали по новой :)
🌴Переходим к папоротникообразным
- У хвощей, плаунов и папоротников преобладает в ж/ц уже спорофит. Гаметофит всё ещё можно увидеть невооружённым глазом, он многоклеточный, но очень маленький и нужен только для того, чтобы производить гаметы.
Спорангии у этих групп растений расположены немного в разных местах:
🔹У хвощей и плаунов на верхушке побега есть спороносные колоски – стробилы. В их пазухах и находятся спорангии, каждый с массой спор внутри)
🔹У папоротников спорангии расположены на нижней стороне листьев-вай, где они собраны в особые скопления: сорусы.
- Что касается гаметофита, тут особо много знать не надо – во всех трёх группах это маленькие зелёные растеньица, как правило обоеполые (есть и антеридии и архегонии). Из интересных фактов – гаметофит плаунов живёт в симбиозе с почвенными грибами.
🍒Семенные
Ооо, это новая глава в истории высших растений. Сколько они всего интересного у себя сформировали в репродуктивной сфере! Давайте об этом и поговорим)
- Спорофит тут явно доминирует, гаметофит совсем притих и сидит теперь внутри отдельных структур спорофита, полностью зависит от него. (Вспомним мхи, у которых как раз гаметофит рулил, а спорофит -коробочка существовал за счёт него, нужен был только для производства спор. )
🍇Споры, кстати, теперь разные – есть микроспоры, из которых развивается мужской гаметофит, и мегаспоры (развивается женский)
- Здесь ситуация наоборот: теперь почти всё в спорофите, а гаметофит нужен только для того, чтобы гаметы делать!
🌲Итак, голосеменные.
Вообще, в отделе голосеменные есть несколько групп, но мы не будем усложнять задачу и разбирать их все - в ЕГЭ о них ничего. Разберём только класс Хвойные, на примере сосны обыкновенной.
🌲Со спорофитом всё понятно – это само дерево) Перейдём сразу к спорангиям.
🌲Как мы знаем, у сосны, как и у всех хвойных есть шишки – видоизменённые участки побега, где и обосновались спорангии) Шишки условно называются «мужскими» и «женскими»
- «Мужские» шишки намного меньше женских, в их чешуйках располагаются микроспорангии с массой спор внутри. Вот только споры непростые – мы называем их пыльца или пыльцевые зёрна.
- Пыльца имеет внешнюю стенку из того же материала, что и стенка споры (спорополленин), а также снабжена небольшими «ушками» - воздушными мешками. Они позволяют пыльце хвойных перемещаться по воздуху.
✔Функция у пыльцевого зерна всё та же, что и у обычной споры – дать начало гаметофиту (в данном случае мужскому гаметофиту). Но спора попадает в почву и прорастает гаметофит. А в пыльцевом зерне гаметофит даже не выходит из под оболочки споры! Да, спора тоже начинает делиться, но оболочка споры при этом не разрывается, маленький организм формируется внутри неё.
Мужской гаметофит представляет собой просто небольшую совокупность клеток, одна из которых при делении даст две гаметы – два неподвижных спермия. Гаметофит стал настолько простым, что у него и антеридия никакого нет! Ведь антеридий – орган, в котором производятся мужские гаметы, а мужской гаметофит сосны только это и может делать.
❗❗❗В ЕГЭ всё немного упрощено, на то, что под оболочкой пыльцевого зерна образуется крошечный гаметофит из нескольких клеток — забивают! Поэтому, у нас пыльцевое зерно — мужской гаметофит голо- и покрытосеменных! (хотя функционально это и спора)
--------------------------------------------------------------------
- Но почему спермиев всего два? Ведь мужских гамет всегда было много…. Всё потому, что раньше мужские гаметы выходили во внешнюю среду и большинство просто погибало, не достигая яйцеклетки.
Здесь всё иначе – пыльцевое зерно позволяет поднести гаметофит прямо к яйцеклетке, что один из двух спермиев сосны (второй погибает) гарантированно до яйцеклетки доплыл.
🌲Теперь переходим к мегаспорангию.
- Они находятся на чешуйках «женских» шишек, это как раз те сосновые шишки, к которым мы привыкли. Точнее, там ( в каждой чешуйке) находится не прямо мегаспорангий, а штука, называемая семязачатком. Что же такое семязачаток?
Лучше ответить картинкой😉 Это наиболее популярная версия того, как всё было:
- Сначала был побег с одинаковыми спорангиями. Затем один из них стал увеличиваться, а остальные – уменьшаться и редуцироваться, в конце концов они просто закрыли собой один большой спорангий, защитив его. Так появился мегаспорангий голосеменных. (У него также есть название – нуцеллус)
- Как обычно, клетки спорогенной ткани в нём делятся мейозом и образуют гаплоидные споры, среди них выживает лишь одна – мегаспора (на рисунке: «функциональная мегаспора»), из которой развивается женский гаметофит голосеменных – первичный эндосперм (n). (Но первичным мы называем его просто для того, чтобы не путать с эндоспермом покрытосеменных)
- Женский гаметофит здесь деградировал не так сильно, как мужской. Можно сказать, что это маленький организм в организме)
🌲Его клетки даже немного различаются по функциям: большая часть запасает питательные вещества. Но есть в нём и два архегония, в каждом из которых происходит (как собственно и всегда в архегонии) образование одной женской гаметы – яйцеклетки. По сравнению с остальными клетками эндосперма она просто огромна!
🍀А вот так всё это выглядит в целом: довольно странно, но только на первый взгляд:
- Сверху остатки мегаспорангия (нуцеллуса(2n))
- Внизу – женский гаметофит (первичный эндосперм(n))
- И ещё мы хорошо видим два архегония, с яйцеклетками внутри (n)
✨Теперь женский и мужской гаметофит готовы встретиться!
— Пыльцевое зерно попадает на семязачаток.
— В нём одна из клеток гаметофита (вегетативная клетка(n)) формирует пыльцевую трубку, проникающую прямо в архегоний к яйцеклетке.
- Другая клетка мужского гаметофита (генеративная(n)) делится митозом и даёт два спермия. Один из них достигает яйцеклетки, и они образуют зиготу (2n), из которой образуется новый спорофит. При этом, в начале своего развития, он защищён всем тем комплексом структур, который мы видели на последнем рисунке, теперь это уже семя. (оттого и название «семязачаток» - так как в конце концов они становятся семенами) А второй спермий… погибает ☹
🌷Покрытосеменные
Ну вот мы и до цветковых добрались)
Со спорофитом всё понятно, идём сразу к спорангиям.
🌾Микроспорангий в целом устроен так же, как и у голосеменных. Но находится он уже не в чешуях шишек, а в пыльниках тычинок цветка. Однозначной версии, как микроспорангий вообще там оказался – нет, как и однозначной версии того, как появился цветок. Если вкратце – всё это когда-то было листьями, которые видоизменились и создали вот такую вот причудливую структуру.
- Пыльца в целом такая же, разве что клетки под оболочкой пыльцевого зерна делятся ещё меньшее кол-во раз. Антеридиев, как и у голосеменных, здесь нет.
(❗Помним, что в ЕГЭ — мужской гаметофит семенных — само пыльцевое зерно!)
🌻Теперь к мегаспорангиям. Здесь мы снова встречаемся с семязачатками. Но теперь они лежат не голо, а в нижней утолщённой части пестика – завязи. Оттого и название отдела – покрытосеменные.
- В каждом семязачатке есть мегаспорангий – нуцеллус (2n). Тут всё как и у голосеменных, снова.
Как любой уважающий себя мегаспорангий, он тоже создаёт внутри себя мегаспору (n), а мегаспора по идее должна дать начало женскому гаметофиту. У голосеменных это был эндосперм… А тут чёрт знает что вообще!
Ядро мегаспоры делится всего 8 раз, и получается такая вот картина. Называется зародышевый мешок – женский гаметофит покрытосеменных.
Покрытосеменные уже просто пробили пол: в мужском гаметофите не было антеридиев, а теперь в женском нет архегониев! Потому что сам по себе женский гаметофит только и может, что яйцеклетку сделать… Ну, не только её, в зародышевом мешке также есть 3 клетки антипода (лежат напротив яйцеклетки), 2 синергиды (лежат рядом с яйцеклеткой) и диплоидная центральная клетка. Причём диплоидной она стала не из-за слияния с мужской гаметой, а из-за слияния двух «женских» гаплоидных ядер в зародышевом мешке.
Ну и логическое завершение всего этого - оплодотворение. Пыльцевое зерно попадает на рыльце пестика, вегетативная клетка прорастает пыльцевой трубкой, генеративная даёт два спермия – тут всё как у голосеменных, за исключением пестика.
🌷Один спермий сливается с яйцеклеткой – даёт диплоидную зиготу (2n), а второй берёт и сливается с диплоидной центральной клеткой – получается триплоидная клетка, из которой получается вторичный эндосперм (3n). Как и первичный эндосперм, он выполняет роль ЗПВ, но, как видите, это всё, что у них есть общего!
ВСЁ!...нуу, не совсем) Такой объём информации нужно немножечко систематизировать. Сейчас мы обсудили всё, что хотели и можем нарисовать небольшую табличку. Её не стоит учить на ЕГЭ, и в явном виде в заданиях её точно не будет; она нужна для понимания логики этих растений)
📌 Помним, что в ЕГЭ само пыльцевое зерно — и есть мужской гаметофит!! Учитываем это)
Спасибо за внимание!