Размножение растений - Plant reproduction

Размножение растений - это производство новых потомков в растениях, которое может осуществляться половым или бесполым размножением. Половое размножение дает потомство путем слияния гамет , в результате чего потомство генетически отличается от родителя или родителей. Бесполое размножение приводит к появлению новых особей без слияния гамет, генетически идентичных родительским растениям и друг другу, за исключением случаев, когда происходят мутации .

Бесполое размножение

Бесполое размножение не включает производство и слияние мужских и женских гамет. Бесполое размножение может происходить через бинарное деление, бутонирование , фрагментацию , образование спор , регенерацию и вегетативное размножение .

Бесполое размножение у растений происходит в двух основных формах - вегетативном размножении и агамоспермии . Вегетативное размножение включает вегетативную часть исходного растения (бутонизация, кущение и т. Д.) И отличается от апомиксиса , который является заменой полового размножения и в некоторых случаях включает семена. Апомиксис встречается у многих видов растений, а также у некоторых нерастительных организмов. Для апомиксиса и подобных процессов в нерастительных организмах см партеногенез .

Естественное вегетативное размножение - это процесс, который в основном встречается у травянистых и древесных многолетних растений и обычно включает структурные модификации стебля или корней, а также листьев некоторых видов . Большинство видов растений, использующих вегетативное размножение, делают это как средство сохранения растений в течение многих лет, позволяя им выживать из одного сезона в другой и часто способствуя их увеличению в размерах. Растение, сохраняющееся в определенной местности за счет вегетативного размножения особей, составляет клональную колонию ; один рамет , или кажущаяся особь клональной колонии, генетически идентичен всем остальным в той же колонии. Расстояние, на которое растение может перемещаться во время вегетативного размножения, ограничено, хотя некоторые растения могут производить рамы из ветвящихся корневищ или столонов, которые покрывают большую площадь, часто всего за несколько вегетационных сезонов. В некотором смысле, это процесс не воспроизводства, а процесс выживания и увеличения биомассы индивидуума. Когда отдельный организм увеличивается в размере за счет размножения клеток и остается нетронутым, этот процесс называется вегетативным ростом . Однако при вегетативном размножении новые растения, которые появляются в результате, являются новыми особями почти во всех отношениях, кроме генетических. Основным недостатком вегетативного размножения является передача болезнетворных микроорганизмов от родителей к потомству; патогены редко передаются от растения к его семенам (при половом размножении или при апомиксисе), хотя бывают случаи, когда это происходит.

Семена, генерируемые апомиксисом, являются средством бесполого размножения, включая образование и распространение семян, которые не происходят в результате оплодотворения эмбрионов . Ястребиник ( Hieracium ), одуванчик ( Taraxacum ), некоторые цитрусовые ( Citrus ) и голубая трава Кентукки ( Poa pratensis ) используют эту форму бесполого размножения. Псевдогамия возникает у некоторых растений с апомиктическими семенами, где опыление часто необходимо для инициирования роста эмбриона, хотя пыльца не вносит генетический материал в развивающееся потомство. Другие формы апомиксиса также встречаются у растений, в том числе образование проростка вместо семени или образование луковиц вместо цветов, в результате чего появляются новые клонированные особи. Бесполое размножение - это тип размножения, при котором потомство происходит только от одного родителя, таким образом, наследуя характеристики родителя.

Структуры

Корневище представляет собой модифицированный подземный стебель , служащий в качестве органа вегетативного размножения; верхушки корневища могут отделяться как новые растения, например, полиподий , ирис , пырея и крапива .

Пространственные надземные стебли, называемые побегами или столонами , являются важными органами вегетативного воспроизводства у некоторых видов, таких как клубника , многочисленные травы и некоторые папоротники .

Придаточные почки образуются на корнях у поверхности земли, на поврежденных стеблях (например, на пнях срубленных деревьев) или на старых корнях. Они развиваются в надземные стебли и листья. Форма бутонизации, называемая присосом, представляет собой размножение или регенерацию растения побегами, возникающими из существующей корневой системы . Виды, которые обычно производят присоски, включают вяз ( Ulmus ), одуванчик ( Taraxacum ) и многие представители семейства розовых, такие как Rosa и Rubus .

Такие растения, как лук ( Allium cepa ), гиацинт ( гиацинт ), нарцисс ( Narcissus ) и тюльпаны ( Tulipa ), размножаются, разделяя свои подземные луковицы на большее количество луковиц. Другие растения, такие как картофель ( Solanum tuberosum ) и георгин ( Dahlia ), размножаются аналогичным способом с использованием подземных клубней . Гладиолусы и крокусы ( Crocus ) размножаются аналогично клубнелуковицам .

использование

Самая распространенная форма размножения растений, используемая людьми, - это семена, но используется ряд бесполых методов, которые обычно являются усовершенствованием естественных процессов, в том числе: обрезка, прививка, бутонизация, отводки , деление, разделение корневищ, корней, клубней, луковиц. , столоны, побеги и т. д., а также искусственное размножение путем лабораторного клонирования тканей . Чаще всего используются бесполые методы для выращивания сортов с желаемыми индивидуальными характеристиками, которые не достигаются из семян. Размножение плодовых деревьев часто осуществляется окулированием или прививкой желаемых сортов ( клонов ) на подвои , которые также являются клонами, размножаются испражнениями .

В садоводстве «черенок» - это ветка, отрезанная от материнского растения ниже междоузлия, а затем укорененная, часто с помощью жидкости для укоренения или порошка, содержащего гормоны . Когда сформировался полноценный корень и листья начинают снова прорастать, клон становится самодостаточным растением, генетически идентичным.

Примеры включают черенки стеблей ежевики ( Rubus occidentalis ), африканских фиалок ( Saintpaulia ), вербены ( Verbena ) для получения новых растений. Связанное с этим использование черенков - прививка , когда стебель или почка присоединяется к другому стеблю. Питомники предлагают на продажу деревья с привитыми стеблями, которые дают четыре и более разновидностей родственных фруктов, в том числе яблоки . Наиболее распространенное использование прививки - это размножение культурных сортов на уже укоренившихся растениях, иногда используют подвой, чтобы уменьшить рост растений или защитить их от патогенов, повреждающих корни .

Поскольку вегетативно размножаемые растения являются клонами, они являются важными инструментами в исследованиях растений. Когда клон выращивают в различных условиях, различия в росте можно приписать воздействию окружающей среды, а не генетическим различиям.

Половое размножение

Половое размножение включает два основных процесса: мейоз , который перестраивает гены и уменьшает количество хромосом , и оплодотворение , которое восстанавливает хромосому до полного диплоидного числа. Между этими двумя процессами различаются разные типы растений и водорослей , но многие из них, включая все наземные растения , претерпевают чередование поколений с двумя различными многоклеточными структурами (фазами), гаметофитом и спорофитом. Эволюционное происхождение и адаптивное значение полового размножения обсуждаются на страницах « Эволюция полового размножения» и « Происхождение и функция мейоза» .

Гаметофит - это гаплоидная многоклеточная структура (растение) , содержащая один набор хромосом в каждой клетке. Гаметофит производит мужские или женские гаметы (или и то, и другое) в процессе деления клеток, называемом митозом . У сосудистых растений с отдельными гаметофитами женские гаметофиты известны как мега-гаметофиты (мега = большие, они производят большие яйцеклетки), а мужские гаметофиты называются микрогаметофитами (микро = маленькие, они производят маленькие сперматозоиды).

Слияние мужских и женских гамет (оплодотворение) дает диплоидную зиготу , которая развивается путем деления митотических клеток в многоклеточный спорофит .

Зрелый спорофит производит споры посредством мейоза , иногда называемого « редукционным делением », потому что пары хромосом снова разделяются, чтобы сформировать единый набор.

У мхов и печеночников гаметофит относительно велик, а спорофит представляет собой гораздо меньшую структуру, которая никогда не отделяется от гаметофита. У папоротников , голосеменных и цветковых растений (покрытосеменных) гаметофиты относительно небольшие, а спорофиты намного крупнее. У голосеменных и цветковых растений мегагаметофит содержится в семяпочке (которая может развиться в семя), а микрогаметофит содержится в пыльцевом зерне.

История полового размножения растений

В отличие от животных, растения неподвижны и не могут искать половых партнеров для размножения. В ходе эволюции ранних растений абиотические средства, в том числе вода, а затем и ветер, переносили сперму для размножения. Первые растения были водными , как описано на странице « Эволюционная история растений », и свободно выпускали сперму в воду, которая переносилась потоками. У примитивных наземных растений, таких как печеночники и мхи, была подвижная сперма, которая плавала в тонкой пленке воды или брызгала каплями воды из мужских репродуктивных органов на женские органы. По мере развития более высоких и сложных растений происходили модификации в смене поколений ; в палеозойскую эру прогимноспермные размножались с помощью спор, разносимых ветром. Семенные растения, включая семенные папоротники , хвойные деревья и кордаиты , которые все были голосеменными , возникли 350 миллионов лет назад; у них были пыльцевые зерна, содержащие мужские гаметы для защиты сперматозоидов в процессе передачи от мужских частей к женским.

Считается, что насекомые питались пыльцой, и растения, таким образом, эволюционировали, чтобы использовать насекомых для активного переноса пыльцы от одного растения к другому. Семеноводческие растения, к которым относятся покрытосеменные и голосеменные, имеют гетероморфное чередование поколений с крупными спорофитами, содержащими значительно сокращенные гаметофиты. Покрытосеменные имеют характерные репродуктивные органы, называемые цветками, с плодолистиками , а женский гаметофит значительно сокращен до женского зародышевого мешка, состоящего всего из восьми клеток. Мужской гаметофит состоит из пыльцевых зерен. Сперматозоиды семенных растений неподвижны, за исключением двух более старых групп растений, Cycadophyta и Ginkgophyta , у которых есть жгутик.

Цветущие растения

Цветковые растения являются доминирующей формой растений на суше и размножаются половым и бесполым путем. Часто их самой отличительной особенностью являются репродуктивные органы, обычно называемые цветками. Половое размножение у цветковых растений включает производство мужских и женских гамет , передачу мужских гамет женским семяпочкам в процессе, называемом опылением . После опыления происходит оплодотворение , и семяпочки превращаются в семена внутри плода . После того, как семена готовы к распространению , плод созревает и с помощью различных средств семена освобождаются от плодов, и через разное время и при определенных условиях семена прорастают и перерастают в следующее поколение.

Пыльников производит мужские гаметофиты , которые являются пыльцевыми зернами , которые прикрепляются к клейму на вершине пестика , в котором самка гаметофиты (внутри семяпочки) расположена. После того, как пыльцевая трубка прорастает по типу плодолистика, сперма из пыльцевого зерна мигрирует в семяпочку, чтобы оплодотворить яйцеклетку и центральную клетку женского гаметофита в процессе, называемом двойным оплодотворением . В результате зигота развивается в эмбрион, в то время как триплоидный эндосперм (одна сперматозоид плюс двухъядерная женская клетка) и женские ткани семяпочки дают начало окружающим тканям в развивающемся семени. Яичник, который произвел женский гаметофит (ы), затем превращается в плод , который окружает семя (я). Растения могут либо самоопыляться, либо перекрестно опыляться .

Опыление

Цветок орхидеи

У растений, которые используют насекомых или других животных для перемещения пыльцы от одного цветка к другому, растения развили сильно измененные части цветка, чтобы привлечь опылителей и облегчить перемещение пыльцы от одного цветка к насекомому и от насекомого обратно к следующему цветку. . Цветки растений, опыляемых ветром, как правило, не имеют лепестков и чашелистиков; обычно производится большое количество пыльцы, и опыление часто происходит в начале вегетационного периода, прежде чем листья могут помешать распространению пыльцы. Многие деревья, вся трава и осока опыляются ветром.

У растений есть ряд различных средств для привлечения опылителей, включая цвет, запах, тепло, нектарные железы, съедобную пыльцу и форму цветка. Наряду с модификациями, затрагивающими вышеупомянутые структуры, два других условия играют очень важную роль в половом размножении цветковых растений: первое - время цветения, а второе - размер или количество цветков. Часто виды растений имеют несколько больших, очень эффектных цветков, в то время как другие дают много мелких цветков, часто цветы собираются вместе в большие соцветия, чтобы максимизировать их визуальный эффект, становясь более заметными для проходящих опылителей. Цветы - это стратегии влечения, а сексуальное самовыражение - это функциональные стратегии, используемые для создания следующего поколения растений, при этом опылители и растения совместно эволюционировали, часто в некоторой экстраординарной степени, очень часто принося взаимную выгоду.

Цветочные головки с дисковыми и лучевыми соцветиями.

Самым большим семейством цветковых растений являются орхидеи ( Orchidaceae ), которые, по оценкам некоторых специалистов, включают до 35 000 видов, которые часто имеют узкоспециализированные цветы, привлекающие определенных насекомых для опыления. Тычинки видоизменяются, чтобы производить пыльцу в кластерах, называемых поллиниями , которые прикрепляются к насекомым, заползающим в цветок. Форма цветов может заставить насекомых проходить мимо пыльцы, которая «приклеивается» к насекомому. Некоторые орхидеи даже более узкоспециализированы: формы цветов имитируют форму насекомых, чтобы привлечь их, чтобы попытаться «спариться» с цветами, у некоторых даже есть запах, имитирующий феромоны насекомых .

Еще одна большая группа цветковых растений - это семейство сложноцветных или подсолнечника, насчитывающее около 22 000 видов, которые также имеют сильно модифицированные соцветия, представляющие собой цветы, собранные вместе в головки, состоящие из композиции отдельных цветов, называемых соцветиями. Кочаны с цветками одного пола, когда цветки пестичные, функционально тычинчатые или состоят из всех обоеполых соцветий, называются гомогамными и могут включать головки дискообразного и лигулифлористого типа. Некоторые излучающие головы тоже могут быть гомогамными. Растения с головками, имеющими соцветия двух или более половых форм, называются гетерогамными и включают лучистые и дискообразные формы головок, хотя некоторые лучистые головки также могут быть гетерогамными.

Папоротники

Папоротники обычно производят большие диплоиды со стеблем, корнями и листьями; а на плодородных листьях, называемых спорангиями , образуются споры . Споры высвобождаются и прорастают с образованием коротких тонких гаметофитов, которые обычно имеют форму сердца, маленькие и зеленые. Гаметофиты или слоевище продуцируют подвижные сперматозоиды в антеридиях и яйцеклетки в отдельных архегониях . После дождя или когда роса оставляет пленку воды, подвижные сперматозоиды разбрызгиваются от антеридий, которые обычно образуются на верхней стороне слоевища, и плавают в пленке воды к антеридиям, где они оплодотворяют яйцеклетку. Чтобы способствовать скрещиванию или перекрестному оплодотворению, сперма высвобождается до того, как яйцеклетки станут восприимчивыми к сперме, что повышает вероятность того, что сперма оплодотворяет яйцеклетки различных слоевищ. Зиготы образуются после оплодотворения, который растет в новый спорофитный завод. Условие наличия раздельных спорофитов и гаметофитов называется чередованием поколений. Другие растения с аналогичными репродуктивными способностями включают Psilotum , Lycopodium , Selaginella и Equisetum .

Мохообразные

В мхах , которые включают в себя печеночники , роголистники и мхи , размножаются половым и вегетативным . Гаметофит - наиболее известная фаза растения. Все это небольшие растения, которые растут во влажных местах и, как папоротники, имеют подвижные сперматозоиды со жгутиками и нуждаются в воде для облегчения полового размножения. Эти растения начинаются как гаплоидная спора, которая перерастает в доминирующую форму, которая представляет собой многоклеточное гаплоидное тело с листоподобными структурами, которые фотосинтезируют . Гаплоидные гаметы продуцируются в антеридиях и архегониях путем митоза. Сперма, выделяемая антеридиями, реагирует на химические вещества, выделяемые спелыми архегониями, и плывет к ним в водной пленке и оплодотворяет яйцеклетки, производя диплоидные зиготы. Зигота делится митотическим делением и вырастает в диплоидный спорофит. Многоклеточный диплоидный спорофит образует структуры, называемые споровыми капсулами . Капсулы со спорами производят споры путем мейоза, а когда они созревают, капсулы лопаются, и споры высвобождаются. Мохообразные демонстрируют значительные различия в структуре размножения, и вышесказанное является основным планом. У некоторых видов каждый гаметофит относится к одному полу, в то время как другие виды производят и антеридии, и архегонии на одном и том же гаметофите, который, таким образом, является гермафродитом.

Половая морфология

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

Норман К. Элстранд (2018). Секс на кухонном столе: Романтика растений и вашей еды . Издательство Чикагского университета. ISBN 978-0226574899.

внешние ссылки

СМИ, связанные с репродукцией растений на Викискладе?
Простой видеоурок по размножению растений

Languages

In other projects