Размножение растений спорами Половой процесс, цикл воспроизведения

Размножение спорами присуще большинству низших растений (водоросли), грибам и высшим споровым (мхи, хвощи, плауны, папоротники) в отличие от голосеменных и цветковых, называе­мых семенными, так как они размножаются се­менами. Формирование спор на растении назы­вают спороношением. Споры - это специализиро­ванные клетки, служащие не только для размножения, но и для расселения. Они всегда гаплоидны и не дифференцированы в половом отношении. Возникают споры или путем митоза (только у некоторых грибов и водорослей), тогда они называются митоспорами, или путем мейоза, что наиболее распространено в природе, и назы­ваются мейоспорами (наблюдается у высших рас­тений).

У части растений все споры одинаковы как по размерам, так и по физиологическим особенно­стям. Такие растения называются равноспоровыми. Однако среди растений есть немало разноспоровых организмов, у которых или на одной особи, или на разных особях образуются споры, различные по размерам и по физиологическим особенно­стям. Маленькие споры - микроспоры - при про­растании дают мужские особи, крупные - мега­споры - женские.

Формирование спор происходит внутри спе­циального органа - спорангия. У водорослей он обычно одноклеточный: содержимое его делится митозом и образовавшиеся споры при вскрывании оболочки выходят наружу. У высших расте­ний спорангий - многоклеточный орган, стенки его одно- или многослойные. Заполнен споран­гий образовательной тканью - археспорием (греч. Archē - начало, и spora - посев, семя), иногда это одна клетка. Митотическое деление клеток археспория обусловливает формирование спорогенной ткани или материнских клеток спор. В ре­зультате мейоза из клеток спорогенной ткани формируются споры.

Рис. 236. Зооспоры: 1 - участок вегетативной нити улотрикс; 2 - образование спор; 3 - зооспо­ра; 4 - две зооспоры водоросли трибонемы

У низших растений, обитающих в воде, споры снабжены жгутиками, с помощью которых пере­двигаются в воде. Это так называемые зооспоры (греч. zoon - животное), они не имеют полисахаридной оболочки (рис. 236).

Споры наземных растений неподвижны, не имеют жгутиков, разносятся ветром и имеют твердую клеточную оболочку.

Половой процесс и половое размножение растений

Половым называют такое размножение расте­ний, которому предшествует половой процесс, в результате чего появляются новые особи. Типич­ный половой процесс - это слияние женской и мужской половых клеток - гамет и образование зиготы. Гаметы всегда гаплоидны, хотя при этом сливаются цитоплазмы и ядра гамет, а их хромо­сомы сохраняют индивидуальность. Зигота в ре­зультате полового процесса будет содержать уже диплоидный набор хромосом. Слияние ядер - самый ответственный этап полового процесса, и его называют оплодотворением.

В результате полового процесса диплоидный набор хромосом ядра зиготы содержит наследст­венный материал родителей с нетождественной генетической природой. Именно в этом и состоит биологическая роль полового процесса: он обес­печивает появление более разнородного в генети­ческом отношении потомства вследствие пере­комбинации родительских хромосом, что создает благоприятные условия для естественного отбора.

В результате полового процесса две клетки (гаметы) дают начало одной (зиготе), т. е. проис­ходит уменьшение числа клеток. В силу этого половой процесс (слияние клеток) и половое размножение (увеличение числа особей за счет образованных вновь в результате полового про­цесса) являются неравнозначными понятиями. Значительное количество полового потомства обеспечивается только за счет огромного количе­ства гамет, образуемых родительскими организ­мами.

Половое размножение свойственно всем эукариотам, которые имеют особые органы для фор­мирования гамет - гаметангии. В связи с форми­рованием гамет разного типа выделяют различ­ные типы полового процесса. Наиболее простой тип - хологамия (греч. holos - целый и gameo - вступать в брак), который наблюдается у некото­рых одноклеточных водорослей, не имеющих твердой оболочки (например, Dunaliella). У них сливаются не специализированные гаметы, а це­лые одноклеточные организмы, выступающие од­новременно и в роли гамет, и в роли гаметангиев. Сливающиеся клетки внешне не отличаются друг от друга.

Однако у большинства растений гаметы фор­мируются в гаметангиях. У низших растений га­метангии, как и спорангии, одноклеточные. Со­держимое клетки делится и дает гаметы. У выс­ших растений и гаметангии, и спорангии много­клеточные. Независимо от структуры гаметан­гиев гаметы всегда голые, без твердой оболочки, часто снабжены жгутиками.

Если сливающиеся гаметы одинаковы морфо­логически (по форме и размерам), то попарное слияние основано на физиологических разли­чиях. В этом случае их обозначают как «+» и «-» гаметы. Такой половой процесс называет­ся изогамным (греч. isos - равный). Он встречается у водорослей (рис. 237) и немногих грибов. «Плюс»- и «минус»-гаметы свободно переме­щаются в воде с помощью жгутиков.

У некоторых растений и грибов гаметы под­вижные, но отличаются размерами. В таком слу­чае половой процесс называется гетерогамным (греч. geteros - различный, иной).

У многих низших и всех высших растений по­ловой процесс оогамныи (греч. ōón - яйцо).

Женская гамета лишена жгутиков, неподвиж­на, имеет значительные размеры и большой запас питательных веществ. Ее называют яйцеклеткой. Мужская гамета маленькая, подвижная, имеет

Рис. 237. Типы полового процесса у водорослей: 1 - изогамия; 2 - гетерогамия; 3 - оогамия	Рис. 238. Половые органы у мхов: 1 - антеридии; 2 - выход сперматозоидов из антеридия; 3 - сперматозоид; 4 - архегонии; 5 - архегоний в продольном разрезе

жгутики и состоит из крупного ядра и небольшо­го количества цитоплазмы и называется сперма­тозоидом (греч. sperma, род. п. spermatos - семя). Однако у большинства семенных растений в про­цессе эволюции мужские гаметы утратили жгути­ки и носят специальное название - спермии. Гаметангии, в которых образуются яйцеклетки, у низших растений называют оогонии (греч. ооп - яйцо и gones - рожать, производить), а у выс­ших - архегониями. Мужские гаметангии у всех растений называют антеридиями (греч. antheros - цветущий) (рис. 238).

Являясь эволюционно более поздним приоб­ретением, оогамия имеет большое биологическое значение. Это обусловлено следующими факто­рами:

1. более крупные размеры яйцеклетки позволяют ей иметь необходимый запас питательных веществ для дальнейшего развития;

2. неподвижность женской гаметы создала предпосылки для внутреннего оплодотворения и лучшей защиты зиготы в наземных условиях, что и определило наибольшее распространение оогамии у высших растений;

3. большое число мужских гамет значительно повышает гарантию полового процесса и возможность передвижения их в небольших количествах воды.