Формирование пыльцевых зерен и зародышевого мешка кратко

Структура и состав пыльцевого зерна

Пыльцевое зерно – это микроскопическая структура, которая играет важную роль в репродуктивной системе цветковых растений. Оно представляет собой многослойную оболочку, внутри которой находятся гаметофиты – мужские половые клетки растений.

Структура пыльцевого зерна включает в себя несколько основных частей:

1. Экзин – наружный слой оболочки, который обладает плотной структурой и выполняет защитную функцию.
2. Интин – внутренний слой оболочки, который содержит различные органеллы, необходимые для жизнедеятельности пыльцы.
3. Цитоплазма – находится внутри интина и заполняет весь объем пыльцевого зерна.
4. Ядро – часть цитоплазмы, которая содержит генетическую информацию растения.
5. Половые клетки – образуются в ядре пыльцы и являются гаметофитами.

Состав пыльцевого зерна включает в себя различные органические и неорганические вещества:

• Протеины и аминокислоты – основные строительные блоки клеточных структур пыльцевого зерна.
• Липиды – играют роль в защите оболочки и обеспечивают энергетический ресурс.
• Углеводы – основной источник энергии для пыльцы.
• Витамины и минералы – необходимы для поддержания жизнедеятельности пыльцы.

Структура и состав пыльцевого зерна обеспечивают его возможность переноса половых клеток от одного цветка к другому, что необходимо для процесса опыления и образования новых растений.

Признаки насекомоопыляемых растений

Крупные одиночные цветки, собранные в соцветия мелкие цветки, яркая окраска лепестков или листочков простого околоцветника, наличие нектара и аромата — признаки насекомоопыляемых растений. Крупная, липкая, шероховатая пыльца цветков таких растений хорошо прилипает к мохнатому телу насекомого. Цветки душистого табака раскрываются только с наступлением сумерек. Они сильно пахнут. Как они опыляются? К ночи аромат усиливается, и белые крупные цветки еще издали привлекают ночных бабочек.

Крупные, ярко окрашенные лепестки и обилие пыльцы в цветке — хорошая приманка для многих насекомых. Перемазавшись в пыльце, они перелетают с одного растения на другое и переносят прилипшие к телу пылинки на рыльца пестиков соседних цветков .

Есть растения, цветки которых опыляются только определенными насекомыми. Например, львиный зев, клевер опыляются шмелями.

Во время цветения в сады привозят ульи с пчелами. Пчелы в поисках корма опыляют цветки плодовых деревьев, и урожай плодов повышается.

Образование семян и плодов

Образовавшаяся при слиянии гамет зигота делится на две клетки. Каждая из возникших при этом клеток снова делится и т. д. В результате многократных делений клеток развивается многоклеточный зародыш нового растения .

Центральная клетка тоже делится, образуя клетки эндосперма, в которых накапливаются запасы питательных веществ. Они необходимы для питания и развития зародыша. Из покрова семязачатка развивается семенная кожура. После оплодотворения из семязачатка развивается семя, состоящее из кожуры, зародыша и запаса питательных веществ.

После оплодотворения к завязи притекают питательные вещества, и она постепенно превращается в спелый плод. Околоплодник, защищающий семена от неблагоприятных воздействий, развивается из стенок завязи. У некоторых растений в образовании плода принимают участие и другие части цветка.

Опыление

Европейская медоносная пчела несет пыльцу в корзине для пыльцы обратно в улей

Мармеладная журчалка с пыльцой на мордочке и лапках сидит на каменной розе .

Пчела Diadasia оседлала цветочные плодолистики во время посещения желтого кактуса Opuntia engelmannii

Перенос пыльцевых зерен в женскую репродуктивную структуру ( пестик у покрытосеменных) называется опылением . Этот перенос может быть опосредован ветром, и в этом случае растение описывается как анемофильное (буквально ветренолюбивое). Анемофильные растения обычно производят большое количество очень легких пыльцевых зерен, иногда с воздушными мешочками. Нецветущие семенные растения (например, сосны) обычно анемофильны. Анемофильные цветковые растения обычно имеют неприметные цветки. Энтомофильные (буквально любящие насекомых) растения производят относительно тяжелую, липкую и богатую белком пыльцу, которую насекомые- опылители привлекают их цветы. Многие насекомые и некоторые клещи специализируются на питании пыльцой и называются палиноядными .

У нецветущих семенных растений пыльца прорастает в пыльцевой камере, расположенной под микропиле , под покровами семяпочки. Производится пыльцевая трубка , которая прорастает в нуцеллус и обеспечивает питательными веществами развивающиеся сперматозоиды. Сперматозоиды Pinophyta и Gnetophyta не имеют жгутиков и переносятся пыльцевой трубкой, тогда как у Cycadophyta и Ginkgophyta есть много жгутиков.

При размещении на рыльце цветущего растения при благоприятных обстоятельствах пыльцевое зерно выпускает пыльцевую трубку , которая растет вниз по ткани стебля к завязи и продвигается вдоль плаценты , направляемой выступами или волосками, чтобы микропиле семяпочки . Тем временем в трубку перешло ядро ​​клетки трубки, как и генеративное ядро, которое делится (если еще не делится) с образованием двух сперматозоидов. Сперматозоиды переносятся к месту назначения в кончике пыльцевой трубки . Двухцепочечные разрывы ДНК, возникающие во время роста пыльцевой трубки, по-видимому, эффективно восстанавливаются в генеративной клетке, несущей мужскую геномную информацию, которая будет передаваться следующему поколению растений. Однако вегетативная клетка, отвечающая за удлинение трубки, по-видимому, лишена этой способности к репарации ДНК .

Образование пыльцы

В результате мейоза из диплоидных материнских клеток пыльцы или микроспороцитов, которые располагаются в пыльнике тычинки, образуются четыре гаплоидных клетки (их называют еще тетрадой микроспор). Сперва эти гаплоидные клетки имеют общую полисахаридную оболочку, но эта оболочка быстро растворяется. Происходит вакуолизация свободных микроспор, при этом они сильно увеличиваются в размерах. Ядро к каждой микроспоре делится, на два ядра: вегетативное (сифоногенное) и генеративное (сперматогенное). Кликните по картинке, чтобы увеличить.

Образование пыльцы

Таким образом образуются пыльцевые зерна (двуклеточные мужские гаметофиты), которые формируют наружную плотную оболочку с выростами (шипиками, выступами, бугорками) – экзину и внутреннюю эластичную оболочку интину. У различных видов зрелая пыльца имеет различную форму: шаровидную, эллиптическую и т.п.

Различная форма пыльцы

Образование зародышевых мешков

Зрелый семязачаток или семяпочка состоит из центральной части или нуцеллуса и одного или двух покровов или интегументов. В центральной части находится женский гаметофит. У покровов на верхушке семяпочки есть узкий канал, который называют пыльцевходом или микропиле.

Строение зародышевого мешка

Возникновение зародышевого мешка происходит следующим образом. В семязачатке, расположенном в завязи пестика, одна из клеток начинает редукционно делиться (процесс мейоза). При этом образуется четыре гаплоидные клетки – мегаспоры. Как правило, три из них позже отмирают, а ядро четвертой митотически делится три раза.

Мегаспорогенез

При этом образуются восемь гаплоидных клеток. Одна из этих клеток – яйцеклетка, а пять других используются в структурной организации зародышевого мешка.

Мегагаметогенез

Следовательно, в зрелом зародышевом мешке располагается лишь одно ядро женской гаметы – яйцеклетки, 2 клетки-спутницы или синергиды, 2 полярных ядра и 3 антиподы (ядра на противоположном яйцеклетке полюсе зародышевого мешка). В дальнейшем эти полярные ядра сливаются и образуется диплоидное центральное или вторичное ядро зародышевого мешка.

Гаплоидная яйцеклетка

Обратите внимание, что у покрытосеменных растений женский гаметангий (архегоний) отсутствует

Процесс двойного оплодотворения

После созревания зародышевого мешка, на рыльце пестика выделяется маленькая липкая капелька, которая служит для лучшего улавливания и прорастания пыльцы.

Оплодотворение

При попадании на рыльце пестика пыльцевого зерна, оно начинает прорастать, образуя при этом пыльцевую трубку. Также в образовании этой пыльцевой трубки участвует сифоногенная (вегетативная) клетка. К этому моменту времени происходит деление ядра сперматогенной (генеративной) клетки и образуются 2 спермия, которые перетекают в пыльцевую трубк

Прорастание пыльцевого зерна

Зигота и эндосперм

Двойное оплодотворение

Следовательно, при половом процессе происходит двойное оплодотворение. Этот процесс, характерен только цветковым растениям, был открытый в 1889 году русским ботаником Навашиным С.Г. При этом после проникновения двух спермиев мужского гаметофита в зародышевый мешок происходит оплодотворение не только яйцеклетки, но и центрального ядра зародышевого мешка. Двойное оплодотворение в целом благотоворно влияет на весь процесс формирования семени, существенно ускоряя его. Это происходит за счет того, что происходит быстрое развитие питательной ткани зародыша.

По мере роста зародыша окружающие его покровы семязачатка также растут. Со временем из них формируется стенка завязи, которая находится снаружи от семенной кожуры. Она также разрастается. Так образуется плод.

Двойное оплодотворение

Двойное оплодотворение

Главная функция семенной кожуры и плода защита семя. Также растение-родитель дает ему питательные вещества, которые запасаются в эндосперме. Развитие зародыша происходит лишь до определенной стадии, потом его рост прекращается. Позже рост семени возобновиться при его прорастании.

Оплодотворение у цветковых растений

Пыльцевое зерно попадает на рыльце пестика и прикрепляется к нему благодаря особенностям строения оболочки, а также липким сахаристым выделениям рыльца, к которым пыльца прилипает . Пыльцевое зерно набухает и npopaciает, превращаясь в длинную, очень тонкую пыльцевую трубку. Пыльцевая трубка образуется в результате деления вегетативной клетки. Сначала эта трубка растет между клетками рыльца, затем — столбика и наконец врастает в полость завязи.

Генеративная клетка пыльцевого зерна перемещается в пыльцевую трубку, делится и образует две мужские гаметы (спермин). Когда пыльцевая трубка через пыльцевход проникает внутрь зародышевого мешка, один из спермиев сливается с яйцеклеткой. Происходит оплодотворение, и образуется зигота.

Второй спермий сливается с ядром крупной центральной клетки зародышевого мешка. Таким образом, у цветковых растений при оплодотворении происходит два слияния: первый спермий сливается с яйцеклеткой, второй — с крупной центральной клеткой. Этот процесс открыл в 1898 г. русский ботаник, академик С. Г. Навашин и назвал его двойным оплодотворением. Двойное оплодотворение характерно только для цветковых растений.

Признаки ветроопыляемых растений

У растений, опыляемых ветром, не бывает ярких, крупных и душистых цветков. Невзрачные, обычно мелкие цветки, часто собранные в соцветия, перистые рыльца, пыльники на длинных свисающих нитях, очень мелкая, легкая, сухая пыльца — все это приспособления к опылению ветром.

Ветроопыляемые растения чаще растут большими скоплениями, например заросли орешника, березовые рощи, дубравы.

Большинство деревьев, цветки которых опыляет ветер, цветет весной, до распускания листьев. Пыльца легко попадает на рыльца. У ветроопыляемых деревьев и кустарников образуется очень много пыльцы. Но большая часть пыльцы на рыльца пестиков не попадает. Ветром опыляются тополь, ольха, дуб, береза, орешник, рожь, кукуруза и другие растения.

Строение цветка

У цветка различают цветоножку, цветоложе, околоцветник, тычинки и пестики. У некоторых цветков отдельные части могут отсутствовать.

Цветки большинства видов растений имеют и тычинки, и пестики. Такие цветки называют обоеполыми (вишня, горох). Цветки, которые имеют только пестики, называют пестичными (женскими). Цветки, которые имеют только тычинки, называют тычиночными (мужскими). В зависимости от распределения однополых цветков на растениях различают: однодомные растения — растения, у которых на одних и тех же экземплярах располагаются и женские, и мужские цветки (огурец, кукуруза, дуб); двудомные растения — растения, у которых на одних экземплярах располагаются женские, а на других — мужские цветки (крапива двудомная, конопля, облепиха); многодомные растения — растения, у которых на одних и тех же экземплярах встречаются как обоеполые, так и однополые цветки в различных количественных соотношениях (гречиха, некоторые виды ясеня, клена).

Цветоножка — междоузлие под цветком. Цветки, лишенные цветоножки, называются сидячими (цветки в соцветии корзинка у подсолнечника, астры, одуванчика).

Цветоложе — укороченная стеблевая часть цветка. На ней располагаются все остальные части цветка.

Околоцветник — стерильная часть цветка, его покров. Околоцветник может быть простым (не дифференцированным на чашечку и венчик, образованным совокупностью однородных листочков, имеющих одинаковые размеры и окраску) и двойным (дифференцированным на чашечку и венчик, отличающиеся друг от друга размерами и окраской. Простой околоцветник может быть венчиковидным (образованным ярко окрашенными листочками) или чашечковидным (образованным зелеными листочками). Цветки, лишенные околоцветника (ива, тополь), называются голыми.

Чашечка — наружная часть двойного околоцветника, представляет собой совокупность чашелистиков — видоизмененных прицветных листьев. Обычно чашелистики имеют небольшие размеры и зеленую окраску. Они сходны с обычными листьями, но устроены проще.

Различают: раздельнолистную чашечку — чашечку, образованную свободными (несросшимися) чашелистиками (капуста, лютик); сростнолистную чашечку — чашечку, образованную частично или полностью сросшимися чашелистиками (картофель, табак, горох).

Венчик — внутренняя, обычно окрашенная часть двойного околоцветника. Представляет собой совокупность лепестков, часто имеющих яркую окраску. Количество лепестков венчика может быть различным. Лепестки могут быть более или менее одинаковыми (лютик,яблоня) либо отличаться размерами и формой (фиалка, горох). В результате венчик может быть правильным, неправильным или асимметричным. Венчик, как и чашечка, может быть раздельнолепестным и сростнолепестным. Раздельнолепестной венчик состоит из свободных, несросшихся лепестков. Сростнолепестной венчик состоит из сросшихся в той или иной степени лепестков. Главная функция венчика — привлечение опылителей.

Опыление

Опыление — процесс переноса пыльцы с тычинок на рыльце пестика. Пыльца не может сама активно перемещаться, следовательно, растения зависят от внешних факторов.

Опыление

Существует несколько способов опыления:

• Искусственное опыление. Как следует из названия, человек сам переносит пыльцу с тычинок на пестики цветков. Такое опыление, как правило, применяется, для выведения новых сортов растений.
• Самоопыление. При самоопылении происходит перенос пыльцы с тычинок на рыльце пестика того же самого цветка. Такое опыление может проходить лишь в обоеполых цветках и еще обычно происходит в бутонах, т.е. к моменту, когда цветок раскроется, его рыльце уже опылено своей пыльцой.
• Перекрестное опыление. При перекрестном опылении пыльца с тычинок одного цветка попадает на рыльце пестика другого цветка. 90% растений имеют именно такой способ опыления. При таком опылении происходит обмен генами, поддерживается высокий уровень гетерозиготности популяций, определяется единство и целостность вида. Кроме того, благодаря такому опылению создаются предпосылки для естественного отбора.

Виды опыления

При перекрестном опылении рождается более выносливое потомство. Это происходит потому, что растения, получая отцовские и материнские признаки, становятся более стойкими и жизнеспособными.

У растений в процессе эволюции выработались различные способы для предотвращения самоопыления. В первую очередь — это однополовость цветка, при которой становится возможным только перекрестное опыление. К таким растениям относятся осина, орешник, конопля и т.п.
Если у растения встречаются обоеполые цветки, пыльца и рыльце пестика могут созревать разновременно. Это также исключает процесс самоопыления. К таким растениям относятся большинство сложноцветных.
Часто встречается еще такое явление, как самонесовместимость. При этом при самоопылении пыльца не прорастает на рыльце собственного цветка (первоцвет).
Однако если по каким-то причинам перекрестного опыления не произошло, самоопыление часто будет служить резервным способом опыления.

Опыление

В качестве опылителей растений могут служить не только всевозможные насекомые (пчелы, шмели, осы, жуки, мухи, бабочки), но и некоторые позвоночные (птицы, некоторые виды грызунов, летучие мыши). В течение миллионов лет растения сформировали ассоциации с животными, чтобы их опыление было гарантировано.

Опыление	Опыление
Опыление	Опыление

Для облегчения процесса опыления, растения всячески привлекают внимание опылителей. Это может быть пища и соответствующие притягательные аттрактанты, которые воздействуют на зрение (форма и цвет); подают сигналы различными ароматами; соблазняют источниками питания в виде нектара, воска или самой пыльцы; дают лекарства, а иногда и наркотики, которые изменяют поведение животного; создают структуры, имитирующие поведение спаривания; выдают продукты, которые могут использоваться опылителем в качестве феромонов и т.п

Аттрактанты

Растения заботятся и о сохранности семязачатков, и защиты пыльцы и нектара от грабителей. Их выдают лишь в форме вознаграждения и только за фактический труд по опылению. Это действительно награда, т.к., например, в нектаре содержится до 75% сахара, аминокислоты, липиды и минеральные вещества. А пыльца состоит из 30% белка, 7% крахмала, 10% сахара, 9% минеральных веществ, витаминов; высококалорийных масел и воска.

Растения, которые опыляются ветром, имеют невзрачные и лишенные запаха цветки. Их околоцветник развит плохо или совсем отсутствует. Пыльца образуется в больших количествах. Пыльца мелкая, чтобы ветер легко переносил ее на большие расстояния, для обеспечения высокой выживаемости вида. Как правило, такие растения являются раннецветущими и формируют плотные куртины (это многие травы, хвойные, кустарники).

В следующей теме мы рассмотрим соцветия растений.

Информация о статье:

Анатомия цветкаВ статье описывается анатомия или строение цветка.

Date Published: 12/31/2017
В статье описаны строение цветка растения, как происходит формирование пыльцы, оплодотворение и т.д.

10 / 10 stars

Посмотреть список всех материалов по биологии.

Выделенные серверы

Быстрая загрузка вашего сайта, бесплатное доменное имя, SSL-сертификат и почта. Первоклассная круглосуточная поддержка.

Суть двойного оплодотворения у цветковых растений заключается в том, что в нём участвуют два спермия. Один из них оплодотворяет яйцеклетку, и образуется зигота. Второй спермий сливается с центральной клеткой, из которой развивается запасающая ткань (эндосперм).

Мужской гаметофит (пыльцевое зерно) образуется в пыльцевых камерах пыльников тычинки из микроспоры. Пыльцевое зерно состоит из двух гаплоидных клеток: вегетативной и генеративной, покрытых оболочкой.

Образование женского гаметофита (зародышевого мешка) происходит в завязи пестика в семязачатке из мегаспоры. В состав зародышевого мешка входит семь клеток: гаплоидная яйцеклетка, центральная диплоидная клетка и пять вспомогательных гаплоидных клеток.

При попадании пыльцевого зерна на рыльце пестика начинается деление вегетативной клетки и образуется пыльцевая трубка. Пыльцевая трубка прорастает через столбик пестика и проникает в семязачаток через пыльцевход.

Генеративная клетка пыльцевого зерна делится и образует два спермия. По пыльцевой трубке спермии проникают в семязачаток. Один спермий сливается с яйцеклеткой и образует диплоидную зиготу. Второй спермий сливается с центральной клеткой и образует триплоидную клетку.

Зигота делится, и развивается в зародыш нового растения. Из триплоидной клетки формируется эндосперм. Стенки семязачатка становятся семенной кожурой. Таким образом, семязачаток становится семенем.

Отдел покрытосеменные (цветковые) самый многочисленный, он включает 235-250 тысяч видов. Его представители обитают по всему миру: от холодной тундры до жарких тропиков, отдельные виды освоили пресные и морские водоемы.

Покрытосеменные составляют большую часть массы растительного сообщества, являются звеном в цепи питания (продуцентами) — важнейшими производителями органических веществ на суше, как водоросли — в морях и океанах.

Цветок — генеративный орган покрытосеменных (цветковых), высшая ступень полового размножения. Цветок характерен только для покрытосеменных растений, ни один из других отделов подобным генеративным органом не обладает. По своему строению цветок это видоизмененный обоеполый стробил, гомологичный стробилам голосеменных.

В отличие от голосеменных, у которых семязачатки лежат открыто на семенных чешуях, у цветковых семязачаток находится в замкнутом вместилище — завязи, сформированной из плодолистика (-ов).

Двойное оплодотворение, открытое Навашиным Сергеем Гавриловичем, уникальное явление, характерное только для цветковых. Оно связано с тем, что в зародышевый мешок попадают два спермия, один из которых (n) сливается с центральной клеткой (2n), с образованием запасного питательного вещества — эндосперма (3n). Другой спермий (n) сливается с яйцеклеткой (n) с образованием зиготы (2n), из которой развивается зародыш.

У цветковых появляется плод — генеративный орган, служащий для защиты и распространения семян.

Ксилема — проводящая ткань, обеспечивающая восходящий ток воды и растворенных в ней минеральных солей, представлена не трахеидами, а сосудами. Во флоэме ситовидные элементы окружены клетками-спутницами.

У покрытосеменных мы не найдем антеридиев и архегониев: гаметофиты максимально редуцированы.

В процессе опыления покрытосеменных участвуют насекомые, летучие мыши, птицы. Также опыление может происходить с помощью воды или ветра.

Особенностью цветковых является способность образовывать многоярусные сообщества, более устойчивые и продуктивные.

Многоярусность растительного сообщества служит приспособлением к равномерному распределению света: светолюбивые растения занимают верхний ярус, а теневыносливые растения отлично чувствуют себя в тени светолюбивых

Классы покрытосеменных

Отдел покрытосеменные состоит из двух классов: однодольные и двудольные. К классу двудольных относятся семейства: крестоцветные, сложноцветные, розоцветные, бобовые (мотыльковые), пасленовые. Класс однодольные включает в себя семейства: злаковые, лилейные. Для каждого класса имеются характерные признаки.

Андроцей

Андроцей — совокупность тычинок одного цветка. Количество тычинок в цветке — от одной (орхидные) до нескольких сотен (некоторые кактусы). У большинства растений тычинка состоит из тычиночной нити и пыльника. Тычиночная нить — нижняя, как правило, суженная стерильная часть тычинки. Нижний конец тычиночной нити отходит от цветоложа, а верхний конец несет пыльник. Обычно тычиночные нити тонкие, длинные, округлые в сечении. Пыльник — верхняя расширенная фертильная часть тычинки. Пыльник состоит из двух половинок, соединенных связником. Каждая половинка имеет два пыльцевых гнезда (микроспорангия), в которых происходит образование микроспор, а впоследствии пылинок. Связник является продолжением тычиночной нити, через него в пыльник поступают питательные вещества.

В летописи окаменелостей

Внешняя оболочка пыльцы из спорополленина дает ей некоторое сопротивление суровому процессу окаменения, разрушающему более слабые объекты; его тоже производят в огромных количествах. Существует обширная летопись окаменелостей пыльцевых зерен, часто не связанных с их родительским растением. Дисциплина палинологии посвящена изучению пыльцы, которую можно использовать как для биостратиграфии, так и для получения информации о численности и разнообразии живых растений, что само по себе может дать важную информацию о палеоклиматах. Кроме того, анализ пыльцы широко используется для реконструкции прошлых изменений в растительности и связанных с ними факторов. Пыльца впервые была обнаружена в летописи окаменелостей в конце девонского периода, но в то время ее нельзя было отличить от спор. Он увеличивается в изобилии до наших дней.