Основные способы размножения растений

Воспроизведение себе подобных у растений осуществляется посредс­твом вегетативного, бесполого и полового размножения.

I. Вегетативное размножение - это такое размножение, при котором новая особь развивается из органов или клеток, выполняющих вегетатив­ные функции. При этом не происходит каких-либо заметных изменений в протопластах. Различают неспециализированное и специализированное ве­гетативное размножение.

1) неспециализированное вегетативное размножение у одноклеточных организмов происходит путем простого деления клетки надвое; в резуль­тате этого из одной особи возникают две, подобные друг другу. У мно­гоклеточных растительных организмов вегетативное размножение осущест­вляется путем разрыва или распадения тела на отдельные участки, из ко­торых каждый вырастает затем до нормальных размеров материнской особи, хотя это происходит не всегда.

2) специализированное вегетативное размножение происходит с по­мощью специальных групп клеток образовательной ткани, как, например, у хары при помощи специальных клубеньков (одноклеточных или многоклеточ­ных), возникающих на погруженных в ил частях таллома; или с помощью "выводковых почек" у маршанции, развивающихся на талломе в специальных вместилищах "корзиночках". И, наконец, у многих высших споровых и осо­бенно у цветковых растений с помощью специальных метаморфизированных органов - корневищ, клубней и луковиц.

2. Бесполое размножение - это размножение с помощью специальных клеток - спор. Спорой (греч. спора - сев, семя) мы называем специа­лизированную клетку, которая отделяется от материнского организма и служит для размножения и расселения. При бесполом размножении, как и при вегетативном, обычно образуются идентичные потомки, а единственным источником генетической изменчивости служат случайные мутации. Беспо­лое размножение сопровождается, во-первых, делением протопласта клетки на части, и, во-вторых, выходом продуктов деления из оболочки мате­ринской клетки. При этом перед делением протопласта в нем происходят процессы физиологической перестройки, ведущие к его омоложению.

Отличительными чертами спор является: во-первых, они дают начало новой особи без слияния с другой клеткой и, во-вторых, всегда покидают материнский организм и поэтому обеспечивают расселение вида (за исклю­чением семенных растений) на значительные расстояния.

Споры могут быть подвижными или неподвижными. Неподвижные споры чаще всего характерны для наземных растений. Споры, имеющие органоиды движения, называются зооспорами. У значительного числа водорослей вместо зооспор образуются апланоспоры - неподвижные, лишенные жгути­ков споры. Весьма разнообразны споры у грибов, о чем будет сказано в дальнейшем.

Споры образуются или в клетках, не отличающихся по форме от дру­гих клеток, или в особых клетках, называемых спорангиями, которые не­редко имеют другие размеры и форму, чем вегетативные. Главное отличие спорангиев от других клеток заключается в том, что они возникают как выросты обычных клеток и выполняют только функцию образования спор. Но иногда споры образуются в клетках, не отличающихся формой и размерами от обычных вегетативных клеток.

Споры могут быть одинаковыми и разными по размерам. Растения, у которых все споры одинаковые, называются равноспоровыми, у которых разные - разноспоровыми. Крупная спора называется макроспора (лат.) или мегаспора (греч.). Мелкая, маленькая спора называется микроспора. Если в спорангии созревает одна спора - он называется моноспорангий, а спора соответственно носит название моноспоры; если созревают четыре споры - это тетраспорангий, а споры - тетраспоры (у многих красных водорослей, у диктиотовых из бурых водорослей). Макроспора созревает в макроспорангии; микроспора - в микроспорангии. Из макроспоры развива­ется женский заросток, из микроспоры - мужской. На женском заростке формируются женские половые органы - архегонии. Архегоний имеет кол­бовидную форму. В его нижней расширенной части - брюшке - содержится одна половая клетка - яйцеклетка, а в узкой удлиненной части - шейке - несколько шейковых канальцевых клеток, которые в зрелых архего­ниях ослизняются, что способствует оплодотворению. Над яйцеклеткой в брюшке часто располагается брюшная канальцевая клетка.

На мужском заростке образуются мужские половые органы - антеридии. Антеридий состоит из оболочки и спермагенной ткани, каждая клетка которой образует сперматозоид - мужскую половую клетку.

Архегоний и антеридий проедставляют собой специализированные га­метангии высших растений.

3. Половое размножение широко распространено у всех групп расти­тельных организмов. Сущность полового процесса заключается в слия­нии - копуляции двух половых клеток - гамет (от греч. гаметес - супруг), возникающих в специальных органах - гаметангиях. У примитив­ных водорослей гаметы формируются в вегетативных клетках. Продукт сли­яния гамет - зигота (оплодотворенная яйцеклетка). Название зигота происходит от греч. дзиготос - двуупряжный. Половой процесс обычно осуществляется в несколько этапов: вслед за слиянием цитоплазмы двух гамет - плазмогамией рано или поздно следует кариогамия - слияние ядер, происходящих из той и другой гаметы, и ассоциация их хромосом внутри ядра зиготы. В природе известны случаи, когда новый организм развивается из неоплодотворенной яйцеклетки (явление так называемого партеногенеза или девственного размножения), но такие случаи редки и чаще всего представляют собой уклонение от нормы.

Во всех типичных случаях полового размножения ядра гамет содержат вдвое меньше хромосом, нежели ядро зиготы. Иначе говоря, гаметы всегда гаплоидны, а зиготы диплоидны (от греч.гаплос - одиночный и диплос - двойной). Зигота вырастает в новую особь или дает зооспоры.

 

Формы полового процесса

Самым существенным моментом полового размножения является слияние половых клеток. Возникнув в еще очень ранний период эволюции организ­мов, половой процесс сохраняется почти у всех видов растений и живот­ных в той или иной форме. Но этот процесс может варьировать по степени специализации гамет, по их строению, подвижности, наличию или отсутс­твию половых органов и т.д. Наибольшее разнообразие форм полового про­цесса свойственно водорослям. Это объясняется не только тем, что они представляют собой очень большую и разнообразную группу организмов, но и тем, что они очень древние. В характере их полового процесса прояв­ляется общая закономерность эволюции: чем древнее организмы, тем более разнотипны и менее специализированы их признаки.

В настоящее время известно большое разнообразие форм поло­вого процесса. Остановимся на некоторых из них в эволюционной последо­вательности от примитивных до высокоспециализированных.

У водорослей половое размножение бывает нескольких типов. В зави­симости от относительных размеров гамет, участвующих в слиянии, разли­чают следующие типы полового процесса:

1. Хологамия - представляет слияние содержимого двух вегетатив­ных, подвижных особей, например, некоторые вольвоксовые. Обычно они лишены клеточных оболочек (Dunaliella salina).

2. Изогамия - это такой половой процесс, при котором сливаются гаметы одинаковой величины, формы и обе подвижны. Изогамия обычно свя­зана с отсутствием дифференцированных органов для производства гамет, которые возникают благодаря делению протопластов обычных вегетативных клеток. У многих водорослей с изогамным половым процессом наблюдается разница в поведении сливающихся гамет: одна более пассивна, другая бо­лее активна - наблюдается т.н. физиологическая анизогамия. Различают гомоталличную и гетероталличную изогамию (гомо - одинаковые, гетеро - разный, таллос - знак). У гомоталличных видов сливаются гаметы одной и той же особи или колонии, у гетероталличных видов слияние гамет воз­можно только от разных особей, которые ввиду отсутствия морфологичес­ких различий обозначаются знаками + и -, соответственно различают + и - гаметы.

3. Гетерогамия или анизогамия - это такая форма полового процесса, при которой сливаются две разные по размерам гаметы, но обе подвижные. Крупная гамета называется макрогамета и созревает она в специальном органе полового размножения - макрогаметангии; микрогамета - малень­кая (меньшая) гамета формируется в микрогаметангии. Макрогаметы и осо­би, на которых они образуются, соответствуют женскому полу, микрогаме­ты и особи, на которых они образуются, - мужскому полу.

4. Оогамия - это такой половой процесс, при котором сливаются одна крупная, неподвижная, переполненная питательными веществами женс­кая половая клетка - яйцеклетка и мелкая, лишенная запасных питатель­ных веществ, подвижная - сперматозоид или неподвижная - спермий (у водорослей - спермаций) мужская клетка.

Яйцеклетка созревает у низших растений в специальном половом ор­гане, который называется оогоний. Сперматозоиды или спермии формируют­ся в мужском половом органе, который называется антеридий. Оогонии и антеридии могут образовываться на одном растении (однодомность) или на разных (двудомность). Оогамия - вершина эволюции полового процесса.

5. Автогамия - особый тип полового процесса, распространенный у части диатомовых водорослей. Заключается он в том, что ядро клетки предварительно делится мейозом на 4 ядра, два из них разрушаются, и оставшиеся два ядра сливаются, образуя вновь диплоидное ядро. Автога­мия не сопровождается увеличением числа особей, а лишь их омоложением.

6. Конъюгация - это такой половой процесс, при котором сливается содержимое двух безжгутиковых вегетативных недифференцированных одноя­дерных клеток, физиологически исполняющих функцию гамет. Ее следует рассматривать как разновидность изогамии, встречающуюся у водорослей. Это единственная форма полового размножения в классе конъюгат из зеле­ных водорослей.

7. Зигогамия - такой половой процесс, при котором сливается содержимое двух недифференцированных многоядерных клеток. При этом об­разуется столько зигот, сколько пар ядер участвует в размножении. Это также разновидность изогамии, встречающаяся у грибов.

Остальные случаи форм полового процесса будут рассмотрены в соот­ветствующих разделах.