Курс «ембріологія квіткових рослин», 16 год. Лекцій, 10 год. Лабор. Занять. 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Курс «ембріологія квіткових рослин», 16 год. Лекцій, 10 год. Лабор. Занять.



Курс «Ембріологія квіткових рослин», 16 год. лекцій, 10 год. лабор. занять.

Лекція 1.

Вступна.

Методи цитоембріології рослин.

Цитоембріологія вивчає мікроскопічні структури, що можливе тільки при використанні мікроскопічних методів.

Метод світлової мікроскопії – основний метод, який застосовують цитоембріологи.

Вивчення фіксованих клітин. Фіксація - перший і надзвичайно важливий спосіб, необхідний для одержання постійних препаратів.

Після фіксації матеріал промивають спиртом (при використанні спиртових фіксаторів) або водою. Матеріал обезводнюють в спиртах із зростаючою концентрацією. В подальшому спирт замінюють парафінорозчинником, найчастіше - ксилолом (або толуолом, хлороформом). Ксилол замінюють парафіном. Таким чином, фіксований матеріал просочується парафіном і придатний для різання на мікротомі. Зрізи наклеюють на предметні скельця (куриний білок+гліцерин). В подальшому, препарати звільняють від парафіна і фарбують.

Для фарбування фіксованих тканин застосовують натуральні фарбники (гематоксилін, кармін та ін.), які використовують у сполученні із протравами (4% розчин залізо-амонійних квасців). При використанні фарбників збільшується чіткість морфологічних картин і можна отримати відомості про хімізм тої чи іншої структури.

 

Світлова мікроскопія.

Найбільш важливою властивістю світлового мікроскопа, як оптичного приладу, є роздільна здатність – найменша відстань між двома точками „d".

d = 0,61x (λ / n sin α)

де (λ – довжина хвилі світла, використаного для освітлення об'єкту; n – коефіцієнт заломлення середовища; α - кут між оптичною віссю об'єктива і найбільш відхиленим променем, що входить в об'єктив. Основним фактором, що обмежує роздільну силу світлового мікроскопа, є довжина світлової хвилі. При оптимальних умовах і максимальній контрастності об'єкта розмір структури, яку можна бачити в мікроскоп, рівний півхвилі видимого світла (0,2 мкм). Якщо використати ультрафіолетове світло, то можна збільшити роздільну здатність до 0,13-0,14 мкм. Таким чином, межа підвищення роздільної здатності мікроскопа, у порівнянні з нашим оком, складає 100 мкм. Така межа можливостей світлового мікроскопа не дозволяє спостерігати всі клітинні структури. Зараз, у пошуках збільшення роздільної здатності, досягнуті певні успіхи. Сконструйовані певні пристосування до звичайною мікроскопа (темне поле, фазовий контраст) і створені нові мікроскопи - ультрафіолетовий, флуоресцентний, поляризаційний і інтерференційний.

 

Електронна мікроскопія.

Електронна мікроскопія досліджує субмікроскопічну структуру клітини. Джерело освітлення - катод електронної пушки, конденсорна система - конденсорна лінза; об'єктив - об'єктивна лінза; окуляр – проекційна лінза; люмінесцентний екран або фотопластинка. Основна частина мікроскопа - пустий циліндр, у якому створено вакуум для проходження електронів. Для прискорення електронів між катодом і анодом подається висока напруга (50-500 кВ). В електронному мікроскопі роль лінз виконують електромагніти, які фокусують пучок електронів. Об'єкт розглядають на екрані або фотографують. Практично всі електрони, що проходять через об'єкт, мають однакову довжину хвилі.

Різні ділянки об'єкта відрізняються за ступенем розсівання електронів і на фотопластинці дають чорно-біле забарвлення. В сучасних електронних мікроскопах досягається роздільна здатність 1 Ангстрем при теоретично можливій - 0,025. Якщо підсумувати збільшення електронного мікроскопа (500.000 раз) і збільшення, одержане при фотодрукові (10 разів), то кінцеве збільшення може сягати 106 разів.

Внаслідок низької контрастності біологічних об'єктів, щоб отримати таку роздільну здатність, застосовують контрастування біологічних об'єктів. Поширеним методом для цього є відтінення металами (платина, уран, паладій та ін.) та розчинами солей важких металів - уранілацетатом, молібденово-кислим, амонієм. Біологічні об'єкти для дослідження розташовують на мідних сіточках, покритих тонкими плівками-підніжками (колодій, вуглець).

В електронному мікроскопі можна досліджувати тільки тонкі об'єкти - не товщі 0,1 мкм. Для цього використовують ультрамікротоми з термічною подачею. Зріз виготовляють ножем із скла (скол скла). Товщина зрізів - від 0,05 до 0,12 мкм.

 

Цитохімія.

Дослідженнями, що спрямованими на виявлення специфічних речовин і характеру розподілу їх у клітині займається цитохімія. При цитоембріологічних дослідженнях важливо одержати дані про локалізацію речовин у клітині.

Завдання цитохімії не обмежуються тільки якісним аналізом. Велике значення має кількісний аналіз речовин у клітині під час її функціонування. Розроблено методи цитохімічного функціонування основних речовин, які входять до складу структур клітини (білків, нуклеїнових кислот, вуглеводів, ферментів і т.д.). При цитохімічному визначенні речовин необхідно враховувати дві основні умови: специфічність фарбника і сталість локалізації речовин.

Найкращим прикладом такої реакції є реакція Фельгена для виявлення ДНК. Відомо, що до складу ДНК входять залишки фосфорної кислоти, цукор (£-дезоксирибоза) і азотисні основи. Дезоксирибоза в ході гідролізу з соляною кислотою перетворюється в альдегід, який при взаємодії з фуксин-сернистою кислотою (реактив Шиффа) зафарбовується в червонувато-фіолетовий колір. Таким чином, реакція Фельгена складається з 2-х етапів: гідролізу і зафарбовування. Зв'язок фарбника, у даному випадку, кількісний. Кількість продукту цитофотометричної реакції визначають за допомогою цитофотометрії (цитофотометрія (від цито..., фото... і...метрія) - один з методів кількісної цитохімії, що дозволяє визначати хімічний склад клітин у гістологічному препараті за поглинанням світла клітинами) за поглинанням речовиною світла певної довжини хвилі. Інтенсивність поглинання променів пропорційна концентрації речовини. Якщо відома площа або обсяг структури, що вимірюється і значення поглинання, можна визначити концентрацію і абсолютний вміст речовини. Для визначення кількості ДНК, після реакції Фельгена, необхідно: виявити вміст фуксина, який зафарбовує ДНК у червоний колір, кількість якого прямопропорційна вмісту ДНК.

Кількість нуклеїнових кислот і білків у клітині визначають методом ультрафіолетової цитофотометрії, яка базується на тому, що різні речовини поглинають ультрафіолет у різних ділянках спектра. Кількість речовин визначають за поглинанням у специфічній зоні ультрафіолетового спектра.

2.4. Люмінесцентна (флуоресцентна) мікроскопія.

Базується на тому, що багато речовин, при опроміненні короткохвильовими променями, переходять у стан збудження, поглинаючи енергію цих променів. Речовини, що збуджуються, дають оптичне випромінювання.

Використовуючи методи кількісної флуорометрії, можна визначити вміст речовин у клітині. Наприклад, флуорохром акридиловий оранжевий вибірково зв'язується з нуклеїновими кислотами. Із ДНК він зв'язується в мономерній формі і флуоресціює зеленим світлом, із РНК у химерній формі і флуоресціює червоним світлом. За ступенем свічення визначають кількість речовин, з якими зв'язуються флуорохроми.

Метод люмінесцентного аналізу має важливе значення для визначення фізико-хімічного стану нуклеїнових кислот. Препарати попередньо обробляють так, щоб усунути ліпіди і РНК або ацетилувати гістони, що дає можливість встановити зв'язок нуклеїнових кислот з білками і ліпідами, визначити їх структурний стан в хроматині ядер.

Для з'ясування місць синтезу біополімерів і динаміки синтетичних процесів використовують метод авторадіографії, який базується на використанні мічених радіоактивними ізотопами речовин.

На препарати тканин рослин, у які були введені радіоактивні ізотопи, накладають фотоемульсію. Після певної експозиції ці препарати проявляють і знаходять на них місця локалізації зерен срібла, які розміщуються напроти місць, де міститься мічена речовина. За інтенсивністю мічення можна визначити відносний вміст радіоактивної речовини в різних ділянках клітини.

 

Культура тканин.

Метод полягає в тому, що окремі органи (або їх частини), тканини і клітини переносять у пробірки, які містять рідки чи тверді (із агаром) поживні середовища у комбінації з мінеральними солями, вітамінами, фітогормонами і сахарозою. Вирощування проводять у строго контрольованих умовах, за умови повної стерильності.

Метод культури іn vitro сприяє розвитку експериментальної цитоембріології. На поживних середовищах успішно вирощують насіннєві зачатки і зародки, виділені на різних стадіях розвитку. Широко проводяться роботи по культивуванню пиляків і пророщуванню пилкових зерен різних стадій розвитку та пилкових трубок. Цей метод сприяє поглибленому дослідженню запліднення і особливостям взаємодії зародка і ендосперму в ході розвитку насіння. Даний метод є найбільш ефективним при подоланні міжвидової несумісності, при одержанні гібридних форм цінних сільськогосподарських рослин. Метод культивування використовують для вивчення функціональних особливостей ембріональних структур.

 

Метод ферментативної мацерації насіннєвих зачатків. Мацеруючими речовинами є ферменти - пектиназа і цитаза, які діють специфічно, руйнують міжклітинну речовину і не впливають на внутрішню структуру клітини.

Насіннєві зачатки, попередньо зафіксовані і промиті проточною водою, переносять у пробірки із ферментом (цитазою), який у 2-3 рази перевищує обсяг тканин. По мірі руйнування міжклітинної речовини насіннєві зачатки розпадаються на окремі клітини.

Після закінчення мацерації суспензію центрифугують. Відмиті дистильованою водою клітини фарбують у тих же пробірках.

При виготовленні препаратів для мікроскопічного аналізу на предметне скло, в краплю гліцерину, наносять незначну кількість суспензії і накривають покривним скельцем. Підраховують від 40 до 100 зародкових мішків.

 

Етапи розвитку ембріології.

Цитоембріологія рослин відокремилась у самостійну наукову дисципліну у другій половині 19 століття. В середині 19 століття уже були з'ясовані основні риси будови і функцій генеративних органів квіткових рослин, встановлено проростання пилкових зерен і утворення пилкової трубки, що доростає до зародкового мішка, вивчені перші етапи формування зародка. Деталі будови і розвитку чоловічого і жіночого гаметофітів залишались ще недостатньо вивченими.

Ембріологи другої половини 19 і початку 20 століття спрямували дослідження в цьому напрямі (В. Гофмейстер, В. Вармінг, Е. Страсбургер, М. їрейб, Л. Гиньяр, І. Ганштейн та ін.).

Е. Страсбургер (1877) вперше дослідив розвиток зародкового мішка. Запропонована ним термінологія збереглася досі. Він описав двоклітинні пилкові зерна, але допустив помилку у визначенні вегетативної і генеративної клітин. Страсбургер перший описав процес запліднення у рослин на прикладі голонасінних, але припустився помилки, вважаючи, що два спермії у пилковій трубці розчинюються і дифузно, через оболонку пилкової трубки, входять до яйцеклітини. Потім знову відновлюються і один з них запліднює яйцеклітину.

Л. Гиньяр досліджував запліднення у покритонасінних рослин і описав злиття одного із сперміїв з яйцеклітиною.

Згодом роботами Е. Страсбургера (1875) і Л. Гиньяра (1886) було чітко встановлено, що у пилковій трубці знаходяться два спермії, котрі виникають при поділі генеративної клітини. Один із сперміїв зливається з ядром яйцеклітини. Доля іншого спермія до кінця 19 століття залишалась нез’ясованою.

С.Г. Навашин (1898) - російський вчений, який працював у Київському університеті, виявив присутність обох сперміїв у зародковому мішку. Вивчаючи запліднення у Lilium martagon С.Г. Навашин встановив, що другий спермій також приймає участь у заплідненні: він зливається з верхнім полярним ядром. Об'єднання одного спермія із ядром яйцеклітини, а другого - з полярним ядром або ядром центральної клітини, що виникає внаслідок злиття двох полярних ядер, одержало назву подвійного запліднення.

С.Г. Навашин створив у Києві школу ембріологів і цитологів, його учнями були: Н. Цингер, Г. Левитський, В. Фінн, Е. Модилевський, М. Навашин, М. Чернояров та ін.

Найбільш вагомий вклад у розвиток цитоембріології на Україні в цей період зробили К. Модилевський (1929) і В. Фінн (1941). Е. Модилевський детально охарактеризував різні типи зародкових мішків і дав їх класифікацію. Його роботи були присвячені вивченню мейозу, апоміксису, гаплоїдії, амфіплоїдії.

В. Фінн вивчав чоловічий гаметофіт. Він вперше переконливо, на великому фактичному матеріалі, доказав наявність клітин сперміїв (1928-1941) для покритонасінних рослин.

Особливо помітні зміни відбулися в цитоембріології починаючи з 60 років 20 століття, коли, поруч з морфолого-описовим методом, стали застосовувати й інші сучасні методи дослідження. Широке розповсюдження одержав експеримент. Все це дозволило, одночасно і паралельно, вивчати морфологію і функцію основних ембріональних процесів.

Великі й потужні школи цитоембріологів працюючі, зараз у Франції, Італії, США, Індії, Нідерландах, Росії. На Україні школу ембріологів очолює член-кор. НАНУ, докт. біол. наук, професор Е.Л. Кордюм.

 

Лекція 2.

І. Основний тип.

Первинний паріетальний шар поділяється периклинально на два вторинні паріетальні шари, клітини яких поділяються периклинально, внаслідок чого утворюються тапетум, два середні шари і ендотецій (рис. 1).

Первинний паріетальний шар

↓ ↓

Вторинний паріетальний шар Вторинний паріетальний шар

↓ ↓ ↓ ↓

Ендотецій середній шар середній шар тапетум

 

Рис. 1. Схема формування стінки мікрослорані ія (пиляка) за основним типом.

 

Мікроспорогенез.

В залежності від того, в якій послідовності при мікроспорогенезі утворюються перетинки, розрізняють два типи утворення тетрад мікроспор:

1) сукцесивний

2) симультанний.

Сукцесивний (послідовний) тип характеризується тим, що кожен поділ мейозу супроводжується закладанням клітинної перетинки, тобто спочатку утворюються дві клітини – стадія діади, а після – чотири клітини тетради. Такий тип характерний, переважно, для однодольних.

Симультанний (одночасовий) тип характеризується тим, що після першого поділу клітинна перетинка не утворюється і всі чотири клітини виникають після другого поділу мейозу одночасно. Такий тип характерний, переважно, для дводольних.

У деяких квіткових рослин відомий і проміжний тип утворення тетрад. Після мейозу І мікроспороцит на дві дочірні клітини не поділяється, але між ядрами закладаються борозни, ріст яких, з початком мейозу ІІ, припиняється і поділ на чотири мікроспори проходить уже після мейозу ІІ (Magnoliaceae, Anonaceae). Мейоз здійснюється синхронно у всіх пиляках квітки або асинхронно, іноді, навіть, в різних мікроспорангіях (гніздах) одного й того ж пиляка. Тетради мікроспор вкриті товстою калозною оболонкою.

Розрізняють тетраедральні, ізобілатеральні, хрестоподібні, Т-подібні, лінійні і ромбічні типи тетрад. Найчастіше зустрічаються перші два типи.

В постмейотичний період тетради розпадаються на окремі мікроспори і відбувається їх подальший розвиток і достигання.

 

Оболонка пилковою зерна

Оболонка пилкового зерна починає формуватись ще тоді, коли мікроспори - майбутні пилкові зерна, знаходяться в тетрадах. До часу розкривання пиляків оболонка пилкового зерна повністю сформована і складається із двох оболонок: внутрішньої – інтини і зовнішньої - екзини. До складу інтини входить целюлоза, для екзини характерна наявність спорополеніна і лігніна.

Інтина буває одно- і двошаровою. Структура інтини характеризується зернистістю або волокнистістю. Вона гігроскопічна, сильно заломлює світло.

Екзина складається з декількох шарів:

1) зовнішнього - секзини

2) внутрішнього – некзини.

Кожен із шарів поділяється, в свою чергу, на: а – екссекзину, яка має скульптурні потовщення, і б – ендсекзину;

некзина поділяється на: а – ектнекзину і б – енднекзину, які не мають скульптурних потовщень. Самий внутрішній шар, який прилягає до інтини – мезина.

В екзині є борозни і пори, які об'єднуються під спільною назвою – апертури. За їх допомогою вміст пилкових зерен контактує із зовнішнім середовищем. Кількість борозен і пор у пилкових зерен, а також скульптурні утвори екзини, є систематичними ознаками і характеризують ту, чи іншу, групу квіткових рослин.

У пилкових зерен менш високоорганізованих рослин в екзині утворюються борозни. У більш високоорганізованих - пори. Найчастіше зустрічаються рослини з числом борозен від 1 до 3. Одноборозні пилкові зерна характерні для Magnoliaceae, однопорові – для Poaceae. Багатопорові виявлені у Malvaceae і Amaranthaceae. Найпоширенішими серед квіткових рослин є пилкові зерна з трьома порами. Вихідним типом вважають одноборозні пилкові зерна. Існує думка, що найбільш примітивними пилковими зернами є триборозні. Число пор може варіювати від 1 до 40 у представників різних груп рослин.

 

Лекція 3

Типи гінецею і плацентація.

Сукупність плодолистиків називається гінецеєм. За А. Тахтаджаном (1945), існує два типи гінецея: апокарпний – утворений із вільних плодолистиків і ценокарпний, що утворюється внаслідок зростання плодолистиків.

Ценокарпний гінецей поділяють на підтипи:

1) синкарпний

2) паракарпний

3) лізикарпний.

В основі поділів на підтипи лежить ступінь і характер зростання плодолистиків.

Місце закладання і закріплення насіннєвих зачатків до зав'язі називається плацентою.

А. Тахтаджан типи плацентації класифікує так:

А. Поверхнева плацентація

І. Поверхнево-бокова плацентація: насіннєві зачатки розміщені на бокових частинах до осьової поверхні плодолистика.

II. Поверхнево-серединна плацентація: насіннєві зачатки займають спинку плодолистика.

Б. Плацентація по швах

ІІІ. Кутова плацентація. Насіннєві зачатки розміщені біля країв плодолистиків вздовж швів.

IV. Постінна плацентація. Насіннєві зачатки знаходяться вздовж „розкритих" швів.

V. Вільна або колончаста плацентація. Насіннєві зачатки розміщені на відокремлених від пластинок плодолистиків швах, які утворюють центральну колонку.

Найбільш примітивним типом плацентації вважають поверхнево-бокову плацентацію.

 

Рис. 9. Основні типи гінецею і плацентація (за Тахтаджаном.1945). Апокарпний гінецей І і ІІ: плацентація – поверхнева і кутова. Синкарпний гінецей ІІІ; плацентація - кутова. Паракарпний гінецей; планетація - постінна. Лізикарпний гінецей; плацентація вільна, колончаста (центральна).

 

Типи насіннєвих зачатків

На підставі положення мікропіле по відношенню до плаценти і розвитку нуцелуса виділяють такі основні типи насіннєвих зачатків:

1) прямий - ортотропний;

2) обернений - анатропний.

Похідними від них є: напівобернений - гемітропний, зігнутий - кампілотропний, амфітропний та цирцинотропний. Виникнення різних типів насіннєвих зачатків розглядається як результат еволюції, спрямованої в бік створення сприятливих умов для росту пилкових трубок і запліднення (рис. 10).

В тенуїнуцелятних насіннєвих зачатках із внутрішнього шару клітин інтегумента розвивається інтегументальний тапетум, або ендотелій, який оточує зародковий мішок. Клітини ендотелію заповнені щільною цитоплазмою з крупними ядрами. В оболонці клітин наявна кутикула. Вважають, що інтегуменіальний тапетум виконує секреторну функцію.

Типи жіночого археспорія.

На ранніх стадіях розвитку насіннєвого зачатку в центральній частині нуцелуса під епідермою диференціюється одна або декілька клітин, які відрізняються від оточуючих більш крупними розмірами і більш щільною цитоплазмою. Ці клітини називаються клітинами первинного археспорія або археспоріальними клітинами.

Археоспорій буває одно-, дво- і багатоклітинним.

У залежності від кількості археспоріальних клітин і їх подальшого розвитку, розрізняють шість типів жіночого археоспорія.

I тип. Диференціюється багато археспоріальних клітин, кожна з них поділяється периклинально на дві клітини - покривну, обернену в бік епідерми, і вторинну археспоріальну (спорогенну), обернену в глибину нуцелуса. Покривні клітини поділяються декілька разів, а вторинні археспоріальні або спорогенні трансформуються в материнські клітини мегаспор - мегаспороцити.

II тип. Диференціюється одна первинна археспоріальна клітина, яка периклинально ділиться на покривну і вторинну археспоріальну. Покривна поділяється ще декілька раз, а вторинна археспоріальна, або спорогенна, стає материнською клітиною мегаспор - мегаспороцитом.

ІІІ тип. Диференціюється одна первинна археспоріальна клітина, яка поділяється периклинально і утворює покривну і вторинну археспоріальну або спорогенну. Покривна клітина в подальшому не ділиться, спорогенна трансформується в мегаспороцит.

ІV тип. Диференціюється одна первинна археспоріальна клітина, яка безпосередньо стає мегаспороцитом.

V тип. Диференціюється декілька первинних археспоріальних клітин, які безпосередньо трансформуються в мегаспороцити.

VI тип. Диференціюється одна первинна археспоріальна клітина, яка безпосередньо стає материнською клітиною зародкового мішка (рис. 11).

Еволюція жіночого археоспорія, як і еволюція нуцелуса, полягає в їх поступовій редукції. Редукція археспорія проходить у двох напрямах:

1) зменшується кількість археспоріальних клітин;

2) зменшується число клітинних поділів від первинної клітини археспорія, до утворення материнської клітини зародкового мішка, тобто припиняється утворення покривних клітин і первинна археспоріальна клітина безпосередньо перетворюється в материнську клітину мегаспор - мегаспороцит, або в материнську клітину зародкового мішка.

Редукція археспорія пов'язана з редукцією нуцелуса. В тенуїнуцелятному насіннєвому зачатку, як правило, утворюється одноклітинний археспорій.

 

 

Мегаснорогенез.

Материнські клітини мегаспор (мсгаспороцити) здійснюють мейоз. Внаслідок першого поділу мейозу утворюються діада мегаспор. Після другого поділу - тетрада гаплоїдних мегаспор. Існує п'ять типів розташування мегаспор в тетрадах: лінійне, Т-подібне, обернено-Т-подібне, квадратне і тетраедричне. При мегаспорогенезі, як і при мікроснорогенезі, утворюються калозні оболонки, які, на думку дослідників, сприяють ізоляції спорогенних клітин від оточуючих їх тканин.

У квіткових рослин утворюються чотири мегаспори, із яких нижня - халазальна, збільшується в розмірах і стає материнською клітиною зародкового мішка. Три верхні мегаспори дегенерують. В деяких випадках зародковий мішок розвивається із верхньої мікропілярної мегаспори (у всіх Onagraceae і деяких Asteraceae). Зрідка зародковий мішок утворюється із середньої мегаспори (Colchicum autumnale). Мегаспора, із якої розвивається зародковий мішок, більша за розмірами, і, в подальшому, швидко збільшується, видовжується. Протопласт функціонуючої мегаспори подібний за структурою до протопласта меристематичної клітини. Електронно-мікроскопічні дослідження свідчать про наявність слаборозвинутого ендоплазматичного ретикулуму; незначної кількості діктіосом і неактивних мітохондрій. При переході функціонуючої мегаспори до росту функції органел активізуються. Здійснюється синтез компонентів цитоплазми і оболонки (рис. 6, В).

При наявності багатоклітинного археспорія, в одному й тому ж насіннєвому зачатку, можуть виникати декілька мегаспороцитів, а, внаслідок мейозу - декілька тетрад мегаспор, із яких розвиваються зародкові мішки. Повного розвитку досягає, найчастіше, один зародковий мішок, зрідка – два.

 

Типи зародкових мішків.

 

Класифікація типів зародкових мішків за І.Д. Романовим (1971).

 

Типи зародкових мішків.

Класифікація базується на основі трьох ознак:

1) число мегаспор, які беруть участь в утворенні зародкових мішків;

2) число поділів, які проходять від утворення материнської клітини мегаспор (мегаспороцита) до диференціювання яйцеклітини;

3) поляризація, тобто - кінцеве положення ядер у стиглому зародковому мішку.

На підставі першої ознаки зародкові мішки поділяють на три основні групи:

а - мопоспоричні зародкові мішки - Polygonum і Oenothera-типи. Зародкові мішки утворюються із однієї клітини тетради мегаспор (із однієї мегаспори);

б - біспоричні зародкові мішки. Характеризуються утворенням зародкового мішка із однієї клітини діади мегаспор, тобто із двох мегаспор (Allium-тип);

в - тетраспоричиі зародкові мішки. Характеризуються утворенням зародкового мішка із мегаспороцита при участі усіх чотирьох ядер, які, під час поділу ядра материнської клітини мегаспор, залишаються в одній клітині, не розділяються клітинними перетинками і не формують діаду і тетраду мегаспор (Balsamita (Anthemis), Drusa, Fritillaria, Plumbagella, Adoxa, Penaea, Plumbago, Peperomia, Tulipa tetraphylla, Eriostemones).

Моно- і біспоричні зародкові мішки біполярні, тобто, яйцевий і антиподальний апарати розміщуються на протилежних полюсах зародкового мішка.

Моноспоричний 8-ядерний зародковий мішок Polygonum-типу розвивається із нижньої клітини тетради мегаспор внаслідок п'яти поділів, з яких перший і другий поділи - мейоз, а останні три - мітози, починаючи від утворення материнської клітини мегаспор (мегаспороцита).

Біспоричний 8-ядерний зародковий мішок Allium-типу утворюється із нижньої клітини діади мегаспор внаслідок чотирьох поділів, починаючи від утворення материнської клітини мегаспор.

Тетраспоричні зародкові мішки бувають біполярні, уніполярні, теграполярні і поліполярні.

Найпростішим серед тетраспоричних біполярних зародкових мішків є тип Adoxa. Це 8-ядерні зародкові мішки, що виникають внаслідок трьох поділів мегаспороцита, з яких два перші 1 і 2 поділ мейозу і один мітотичний.

Fritillaria-тип. При його утворенні чотири ядра, що виникають після мейозу, розміщуються в такий спосіб: одне гаплоїдне ядро знаходиться у верхній частині клітини майбутнього зародкового мішка, а три - в нижній. Всі чотири ядра діляться одночасно. У верхній частині клітини виникають два гаплоїдні ядра, а в нижній частині - три ядра. На ранній телофазі їх поділу вони зливаються таким чином, що утворюються два триплоїдні ядра (феномен Карано-Бамбічіоні).

Внаслідок поділу і злиття ядер, в халазальному кінці формуються два триплоїдні ядра. Четвертий мітотичний поділ призводить до утворення 8-ядерного, двополюсного зародкового мішка, в якому ядра яйцевого апарату і верхнє полярне ядро гаплоїдні, а ядра антипод і нижнє полярне ядро - триплоїдні.

Drusa-тип - характерний аналогічним розміщенням ядер, як і у Fritillaria-типу, але нижні ядра не зливаються і, внаслідок чотирьох поділів (мейоз І і II) та двох мітозів утворюється 16-ядерний зародковий мішок, в якому формується 11 антипод.

Plumbagella-тип характеризується наявністю феномена Карано-Бамбічіоні, але зародковий мішок утворюється внаслідок трьох поділів (мейоз І і II та один мітоз). Зародковий мішок містить 4 ядра: гаплоїдне ядро яйцеклітини, верхнє полярне ядро та триплоїдні ядра: одної антиподи і нижнього полярного ядра. Синергіди не утворюються.

Tulipa tetraphylla -тип. Утворюється внаслідок трьох поділів (мейоз І і II і один мітоз), але в яйцевому апараті є 5 клітин, а в антиподальному - одна. Серед п'яти клітин яйцевого апарату - одна яйцеклітина, чотири синергіди. Два полярні ядра - в центральній клітині.

Eriostemones-тип належить до уніполярних зародкових мішків. В яйцевому апараті 8 ядер, а згодом - 7 клітин серед яких одна яйцеклітина, одне верхнє полярне ядро. Антиподи і нижнє полярне ядро - відсутні.

До тетраполярних зародкових мішків відносяться типи Penaea і Plumbago

Penaea-тип 16-ядерний. Яйцевий, антиподальний і бокові апарати в ньому триклітинні, а ядро центральної клітини, яке утворюється при злитті чотирьох ядер - тетраплоїдне.

Plumbago-тип 8-ядерний. Утворюється внаслідок трьох поділів (мейоз І і II і один мітоз). Ядро центральної клітини утворюється внаслідок злиття чотирьох ядер. Решта чотири клітини - це: яйцеклітина, одна антипода і дві бокові клітини. Синергіди відсутні.

Peperomia-тип. Поліполярний тетраспоричний зародковий мішок. Це 16-ядерний зародковий мішок. Яйцевий апарат має тільки яйцеклітину. Ядро центральної клітини утворюється при злитті 8 ядер. Останні 7 клітин розміщені по боках зародкового мішка.

Balsamita або Anthemis-тип характеризується наявністю 8-ядерного зародкового мішка, при утворенні якого беруть участь усі чотири ядра мегаспор і в антиподальній частині якого три ядра дегенерують. Зародковий мішок утворюється внаслідок п'яти поділів і містить дві синергіди, яйцеклітину, три антиподи та нижнє і верхнє полярні ядра.

Лекція 5.

ЗАПИЛЕННЯ І ЗАПЛІДНЕННЯ

 

Запилення.

Розрізняють чотири види запилення квіткових рослин:

1. Самозапилення або автогамія, коли приймочка маточкики запилюється пилком своєї квітки.

2. Перехресне запилення, або алогамія, коли приймочка запилюється пилком із квітки другого екземпляру рослини.

3. Клейстогамія - приймочка запилюється пилком своєї квітки ще в нерозкритому бутоні, причому пилок не висипається на приймочку, а проростає в пиляках. Далі пилкові зерна ростуть до приймочки по стовпчику до зародкового мішка.

4. Гейтеногамія. Цей вид запилення спостерігається у роздільностатевих, але однодомних, рослин і характеризується тим, що жіночі квітки запилюються пилком чоловічих квіток тієї ж рослини.

Найбільш поширене перехресне запилення, яке є більш прогресивним, ніж самозапилення. Перехресне запилення підвищує рівень гетерозиготності. Самозапилення забезпечує ізоляцію нових форм рослин.

Квітковим рослинам властива здатність переходу від одного виду запилення - перехресного - до самозапилення, в залежності від умов існування. Вважають, що первинні квіткові рослини були, в основному, перехреснозапильними, але мали здатність і до самозапилення при несприятливих умовах існування, що спостерігається у деяких перехреснозалильних рослин і зараз.

Запилення здійснюється різними способами:

- анемофілія (вітром), гідрофілія (водою), ентомофілія (комахами), орнітофілія (птахами), анималофілія (ссавцями), мірмекофілія (мурашками). Можливо, первинне запилення не було спеціалізованим. Одні автори вважають за первинне - вітрозапилення, інші - комахами. Древні квіткові - Раналієві, очевидно, поєднували ознаки анемофілії і ентомофілії. Спеціалізація до певних агентів-запилювачів виникла тільки у більш прогресивних квіткових рослин.

 

Запліднення

Попанадання сперміїв у зародковий мішок можливе:

1) в одну із синергід;

2) між синергідами;

3)біля яйцеклітини (при відсутності синергід).

Синергіда, в яку проникає пилкова трубка, зазнає значних змін: зникає вакуоля, цитоплазма стає гранулярною. В цій синергіді виявлені дегенероване вегетативне ядро і ядро синергіди. Відомо, що у деяких рослин одна із синергід, в яку в майбутньому входить пилкова трубка, починає змінюватись ще до входження до неї пилкової трубки. Синергіда, в яку пилкова трубка не входить, зберігається протягом деякого часу, а іноді її можна спостерігати ще і при наявності багатоклітинного зародка.

Коли пилкова трубка входить у зародковий мішок між синергідами, вона виливає свій вміст безпосередньо в простір між жіночими клітинами (Triticum, Nicotiana).

Для нормального проходження запліднення достатньо проникнення в зародковий мішок однієї пилкової трубки. В зародковий мішок можуть увійти декілька пилкових трубок. Вони виливають свій вміст у другу синергіду, алеможливий і пізніший вхід пилкових трубок в одну й ту жсинергіду. Спермії додаткових трубок, як правило, участі в заплідненні не беруть і дегенерують.

При дослідженні процесу запліднення у Gossypium, Hordeum, Petunia за допомогою електронного мікроскопа,цитоплазма сперміїв в жіночих клітинах не була виявлена. Було зроблено припущення, що цитоплазма сперміїв залишається в дегенеруючій синергіді. Не виключена можливість проникнення сперміїв в жіночі клітини у вигляді цілих клітин. В. Дженсен (Jensen, 1972), досліджуючи процесзапліднення під електронним мікроскопом у Gossypium висловив припущення відносно розходження сперміїв у жіночі клітини. Цитоплазма пилкової трубки виливається в синергіду і разом із сперміями виходить через її апікальний кінець. Спермії вступають у контакт з яйцеклітиною і центральною клітиною. Плазмалемна оболонка цих клітин не перешкоджає руху сперміїв і проникненню їх в ці клітини. Виливання вмісту пилкової трубки викликає фізико-хімічну взаємодію між цитоплазмою синергіди і пилкової трубки, наслідком чого і є рух сперміїв до яйцеклітини і центрального ядра. Існують й інші гіпотези, але немає єдиної точки зору про механізм спрямованого переміщення сперміїв у жіночі клітини («мітотична» гіпотеза, «сили тяжіння» спермія і жіночих клітин та інші).

 

Злиття гамет

В залежності від поведінки сперміїв при злитті їх з ядрами жіночих клітин Е.Н. Герасимова-Навашина (1957) запропонувала розрізняти два основні і один проміжний типи запліднення (рис. 14).

Премітотичний і постмітотичний типи запліднення.

Під час премітотичпого типу об'єднання ядер гамет відбувається відразу після їх контакту, тобто перед першим мітозом ядра зиготи і первинного ядра ендосперму.

При постмітотичному - об'єднання ядер наступає після початку мітозу як у ядрах жіночих клітин, так і в сперміях.

Премітотичний тип.

Приклад – Nicotiana tabacum. Під час проходження через синергіду спермії овальної форми, після попадання в жіночі клітини і контакту з їх ядрами, набувають округлої форми. В подальшому перетворення сперміїв відбуваються асинхронно. Розміри і структура спермія, контактуючого з одним із полярних ядер, швидко змінюються. Спермій збільшується в розмірах, хроматин його починає розпушуватись і занурюватись в полярне ядро. Після занурення здійснюється його деконденсація і виділяється ядерце. Коли злиття спермія з одним із полярних ядер закінчується, починається об'єднання його з другим полярним ядром. Внаслідок такого потрійного злиття утворюється первинне ядро ендосперму. Деконденсація хроматина спермія супроводжується зниженням інтенсивності реакції Фельгена. При повному злитті спермія з полярними ядрами реакція Фельгена - від'ємна.

Спермій, що контактує, з ядром яйцеклітини, довго зберігає свою форму і структуру. Його з'єднання з ядром яйцеклітини наступає значно пізніше, ніж об'єднання спермія з полярними ядрами. Цьому злиттю передує зміна структури ядра яйцеклітини. Хроматин ядра яйцеклітини, із конденсованого, переходить у більш дифузний стан, при цьому знижується інтенсивність реакції Фельгена. Спермій зазнає перетворень: ядро його збільшується в обсязі, хроматин деконденсується, виділяється ядерце. Злиття спермія з ядром яйцеклітини відбувається аналогічно із злиттям спермія з полярним ядром, але трохи пізніше. Внаслідок об'є



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2017-02-05; просмотров: 591; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 44.220.41.148 (0.123 с.)