Особенности высших споровых растений

Высшие споровые растения являются первыми наземными организмами этого Царства живой природы. Первые выходцы на сушу, которые называются риниофиты, имели стелящийся, вильчато-ветвящийся стебель. Некоторые ископаемые представители данной систематической единицы имели гигантские размеры, достигая в высоту нескольких метров. Освоить наземно-воздушную среду этим растениям позволил ряд прогрессивных признаков, которые появились у них в процессе эволюции. Прежде всего это механические и проводящие ткани. Благодаря этому стали возможны новые особенности жизнедеятельности. Это вертикальное положение их тела в пространстве и проведение питательных веществ по организму. Среди современных растений представителями этой систематической единицы являются 4 отдела. Это мохо-, плауно-, хвоще- и папоротникообразные. Гаметофит и спорофит — это два поколения одного растения, которые последовательно чередуются в ходе их жизненного цикла. Этот процесс обеспечивает непрерывность существования видов.

Особенности спорофита

Спорофит — это бесполое поколение споровых растений. Рассмотрим его строение на примере мохообразных. Летом на зеленых побегах этого растения появляются небольшие коробочки на удлиненных ножках. Внутри них находятся споры — клетки бесполого размножения. Попадая в почву, они дают начало зеленым побегам, которые уже размножаются при помощи гамет. Спорофит преобладает у споровых плаунов, хвощей и папоротников, а также у всех семенных растений. Гаметофит является доминирующим лишь у всех представителей мохообразных, который имеет вид зеленого листостебельного побега.

Клетки бесполого размножения развиваются в специализированных органах, которые называются спорангиями. У мхов это коробочка на ножке, у папортников — сорусы, расположенные на нижней стороне их листьев. А хвощи и плауны образуют шишковидные образования на верхушках весенних побегов, которые называются сорусы.

Спорофит хвощей представлен побегами двух видов. Весной появляется спороносный стебель бурого цвета. В его клетках нет хлорофилла. Он развивается до прорастания спор, после чего отмирает. Из почек, расположенных на корневище, вырастает зеленый летний побег. Он является хлорофиллоносным. Эта структура четка разделена междоузлиями с редуцированными листьями. Гаметофит этого растения практически не заметен. Это пластинка размером всего 1 см. На одних из них развиваются женские гаметы, на других — мужские. Поэтому половое поколение хвощей является двудомным.

Плауны также характеризуются преобладанием спорофита в жизненном цикле. Это травянистые растения с цельными листьями. Они нарастают вкруговую, поэтому в народе заслужили название «ведьмины кольца». Многолетние побеги стелятся по земле и имеют приподнимащиеся стебли. Их споры, собранные в стробилы, находятся в земле несколько лет, после чего прорастают.

Что такое гаметофит

Гаметофит и спорофит — это поколения, последовательно сменяющие друг друга. Когда споры прорастают, они дают начало половому поколению. Оно и называется гаметофитом. У мхов оба поколения анатомически связаны, а у остальных споровых развиваются отдельно. К примеру, у папоротников гаметофит имеет вид плоской пластины, на котором развивается пучок придаточных корней. В результате своего развития гаметофит папоротников, который еще называют заростком, дает начало бесполому поколению.

Понятие о жизненном цикле

Спорофит растений дает начало половому поколению. На гаметофите формируются половые клетки, для слияния которых необходимым условием является наличие воды. Поэтому все споровые обитают на хорошо увлажненных участках суши. Гаметы, в отличие от спор, имеют одинарный набор хромосом. Он восстанавливается в результате оплодотворения, поэтому сам гаметофит всегда является диплоидным.

Итак, спорофит — это поколение растений, с помощью которого осуществляется их бесполое размножение. В ходе жизненного цикла он сменяется половым поколением — гаметофитом.

Источник: www.syl.ru

«>

Здравствуйте, уважаемые читатели блога репетитора ЕГЭ по биологии по Скайпу  biorepet-ufa.ru.

По названию этой статьи не всем даже понятно о чем пойдет речь, не правда ли?

Но уверяю вас, что этот вопрос о чередовании поколений в мире живого важен  для понимания того, как «обустроилась» жизнь вообще.

К тому же, судя по ответам учащихся на ЕГЭ, именно этот вопрос остается вовсе  без ответа.

Есть ли чередование поколений у растений

Да, для  водорослей и всех растений суши, размножающихся и спорами (мхи и папоротниковидные), и семенами (голосеменные и покрытосеменные),  существует чередование двух стадий в их цикле развития, которые, может быть не совсем верно,  называются «чередованием поколений».

Давайте вспомним, как называются эти стадии. Спорофит и  гаметофит. Почему они так называются?

Спорофитом («споро» и «фит» — или «растение, образующее  споры») называют: 1) ту часть жизненного цикла  растения, которая завершается образованием бесполых структур — спор; 2) все клетки спорофита содержат нормальный (диплоидный) набор хромосом.

Но, какое «но» надо обязательно помнить: споры, прежде, чем высыпаться из коробочки (у мхов) или из спорангия (у папоротников) или споры семенных растений (из которых потом формируются гаметофиты) — претерпевают мейотическое или редукционное деление, становятся гаплоидными (n). Поэтому, все клетки той структуры растения, которые  сформируются из этих гаплоидных спор, будут, естественно, тоже гаплоидными.  

Теперь, относительно того, что надо знать про эту другую часть жизненного цикла растения, названную гаметофитом.

Гаметофитом («гамето» и «фит»  — или «растение, образующее гаметы») называют: 1) ту часть жизненного цикла  растения,  которая завершается образованием   половых структур — гамет;  2)  все клетки гаметофита содержат половинный (гаплоидный) набор хромосом.

И здесь   нам снова следует обратить   внимание на одно большое «НО»: как формируются половые структуры на гаметофите — гаметы? Поскольку все клетки   гаметофита  формируются из гаплоидных  спор, значит они образуются митозами, то и специальные половые клетки — гаметы на нем тоже образуются митозами — они ведь сразу гаплоидные (у животных же, мы помним, гаметы образуются мейотическим или редукционным делением).

Таким образом, у растений не только гаметы  (половые клетки), являются гаплоидными (n), но и бесполые клетки — споры, тоже являются гаплоидными.

Почему же тогда споры — это бесполые клетки, а гаметы — половые клетки 

Каждая гаплоидная спора (одна) не сливаясь ни с какой другой клеткой, то есть сама по себе,   прорастая, образует новый организм (вернее другую жизненную стадию организма), генетически идентичную наследственному аппарату этой одной споры.

Таким образом, спора, являясь продуктом спорофита, сама образует будущий гаметофит. Такое размножение и называется бесполым.

Ткани гаметофита гаплоидные (они же развились из гаплоидных спор),  из них формируются гаметы. Каждая гаплоидная гамета не образует новый организм. Только после стадии оплодотворения её другой гаметой, после объединения генетического материала (n) женской и (n) мужской гамет, образуется диплоидная (2n) зигота.  Именно эта диплоидная зигота и даст начало новому будущему диплоидному организму (спорофиту).

Таким образом, гаметы, являясь продуктом гаплоидного гаметофита, только сливаясь попарно (мужские с женскими) обеспечат дальнейшее развитие организма. Поэтому такое размножение, в котором участвуют два партнера называется половым.

Что же является спорофитом и гаметофитом у споровых (водоросли, мхи и папоротниковидные) и семенных растений (голосеменные и покрытосеменные)                                                               

Мы подошли к ответу на вопрос, который вызывает наибольшую путаницу. Так вот, у водорослей и мхов, основным (доминирующим) поколением  в цикле развития является гаметофит. А у папоротниковидных (хотя они тоже относятся к  споровым растениям ) и всех семенных растений основным поколением является  спорофит.

Цикл чередования поколений у водорослей разберем на примере нитчатой зеленой водоросли улотрикса. На рисунке из школьного учебника мы видим, что улотрикс может размножаться как бесполым, так и половым путем. Значит  взрослое растение улотрикса можно считать спорогаметофитом.«>При благоприятных условиях улотрикс (n) размножается бесполым путем четырехжгутиковыми зооспорами (n). При неблагоприятных условиях улотрикс (n)  размножается  половым путем, образуя двухжгутиковые гаметы (n).  После копуляции (слияния)   гамет  образуется четырехжгутиковая зигота (2n).

Зигота вначале плавает, затем оседает на дно, теряет жгутики, вырабатывает плотную оболочку и слизистую ножку, которой прикрепляется к субстрату. Это покоящийся спорофит.

После периода покоя происходит редукционное деление ядра зиготы (мейоз) и в ней образуются или безжгутиковые споры (n),  или зооспоры (n),  что зависит от вида улотрикса (а их 25 видов), Из этих спор (или зооспор)  снова формируются взрослые растения улотрикса — спорогаметофиты.

«>У мха кукушкин лен,

взрослое вегетирующее растение является гаметофитом (n), образующимся из зеленой нити — протонемы (предростка) — (n).

Кукушкин лен — раздельнополое растение. На рисунке показано, что после оплодотворения (n + n), на женском гаметофите  формируются коробочки со спорами (2n).

Коробочка на ножке — это стадия спорофита в цикле развития кукушкина льна. Споры в коробочках формируются в результате мейоза. Затем уже гаплоидные споры (n) высыпаются из коробочки наружу и из них   образуется зеленая нить — протонема (п).

Таким образом, мы видим, что у мхов как и у водорослей в цикле чередования поколений стадия гаметофита является преобладающей над спорофитом.

А у папоротников  и всех семенных растений их основной жизненной формой, самим вегетирующим растением является спорофит 

«>

На рисунке ниже показана схема изменения соотношения гаметофита (n) и спорофита (2n) в процессе эволюции растений, Красная линия,  разделяет изображения спорофитов (выше линии) и гаметофитов (ниже линии) у разных групп растений.

«>

На рисунке мы видим, что только у водорослей и мхов   стадия гаметофита (n)  является преобладающей. У папоротников  гаметофит представлен маленьким заростком, а у голосеменных  и покрытосеменных вообще  редуцирован  до микроскопических размеров. 

Казалось бы, поскольку  папоротники как и мхи  споровые растения, то у них чередование поколений должно происходить сходным со мхами образом. Но оказывается все наоборот: у споровых папоротников цикл чередования поколений (имеется в виду, какая форма  представляет собой само взрослое вегетирующее растение) сходен с циклом чередования поколений у семенных растений.

Что бы этот факт легче запомнился, следует указать, что мхи — тупиковая ветвь эволюции царства растений. И, что именно от папоротниковидных произошли все современные семенные растения (только семенные растения произошли не от ныне живущих споровых папоротников, а от вымерших папоротников, у которых уже было семенное размножение).

                             Есть ли чередование поколений у животных

Да, есть. Но, если чередование поколений характерно почти для всех представителей царства растений, то в царстве  животных это скорее исключение, чем правило.

Из курса школьной программы по биологии надо помнить, что чередование поколений есть у некоторых паразитических простейших (например, у малярийного плазмодия   — тип споровики), многих кишечнополостных, паразитических червей (тип плоские черви) и некоторых насекомых.

Смысл термина «чередование поколений» у животных тот же, что и у растительных организмов. Только здесь неприемлемы  термины «гаметофит» и «спорофит». Хотя чередование поколений у животных  — это тоже смена жизненных фаз организма половой и бесполой.

«>У медуз, например, сама плавающая взрослая колоколообразная «медузина»-5 (2n), способная образовывать путем мейозов гаметы (яйцеклетки и сперматозоиды) — это и есть половое поколение.

А у растений то, помните, взрослое растение — спорофит, хотя и тоже 2n, но представляет собой бесполое  поколение).

Половые клетки (n) после оплодотворения  образуют зиготу-6 снова (2n), развивающуюся в личинку — плавающую планулу-7.

Планула оседает на дно и из нее образуется новый организм, совершенно не похожий на медузу — сидячий полип-1,2 (тоже как и планула и медуза 2n).

Этот сидячий полип и есть бесполое поколение в цикле развития медузы, поскольку взрослея от него «отшнуровываются» поперечным делением-3 (бесполое размножение) молодые медузинки-4, уходящие в свободное плавание и превращающиеся со временем во взрослых медуз.

Основной и промежуточный хозяин

В цикле чередования поколений паразитарных животных (то есть живущих внутри других организмов) смена их жизненных фаз сопровождается сменой хозяев.

То животное, в котором происходит половое размножение паразита, называется основным хозяином. А животное,  в котором осуществляется бесполая фаза развития паразита называется промежуточным хозяином.

Так, самый распространенный пример: у печеночного сосальщика основным хозяином является человек или корова, а промежуточным хозяином — улитка малый прудовик.

                         В заключение   хочется еще раз подчеркнуть

   *  у животных организмов, для которых характерно развитие с чередованием поколений, оба поколения и половое,  и бесполое состоят из клеток с двойным набором хромосом (2n);

   *  у высших же растений (кроме мхов) их взрослая вегетирующая форма, являющаяся спорофитом — бесполым поколением, тоже содержит в своих клетках двойной набор хромосом (2n), а гаметофит — половое поколение — всегда гаплоиден (n).

Согласен, что  всё это не очень просто запомнить, так как в учебниках по биологии нет четкого разграничения в одном месте (буквально на одной странице) отличий в понятии «чередование поколений» у растительных и животных организмов.  Но разобраться с этими понятиями обязательно следует и для успешной подготовки к экзаменам по биологии, и для того, чтобы иметь вообще более правильное представление  о живых «конструкциях» на Земле.

Недавно в комментариях прозвучал вопрос от Александра:

  «В чем польза от чередования поколений, почему эволюция сохранила такой способ существования у многих  организмов?»

Ответ на этот интересный вопрос посчитал уместным разместить в конце этой статьи.

Известно, что чередование поколений зависит от условий среды. При благоприятных условиях размножение происходит, как правило, бесполыми способами – делением, почкованием, вегетативно.  При неблагоприятных условиях бесполое поколение сменяется половым.

Так произошло исторически, что эволюция размножения шла от бесполого размножения, свойственного одноклеточным, к половому размножению. От организмов с гаплоидным числом хромосом в клетках – к организмам с диплоидным набором хромосом.

Согласитесь, что диплоидность – это возможность обладать более разнообразной генетической информацией, а значит и возможность иметь эволюционные преимущества.

Примитивные формы, размножаются только бесполым путем, а у более сложных форм бесполое размножение чередуется с половым (в основном в царстве растений). В процессе эволюции в цикле развития организмов закономерно уменьшается роль (продолжительность существования и размеры) гаплоидной фазы и увеличивается роль диплоидной фазы.

 ***************************************

У кого есть вопросы по  статье к репетитору ЕГЭ по биологии по Скайпу, замечания, пожелания — прошу в комментарии.

У меня на блоге вы можете приобрести  ответы на все тесты ОБЗ ФИПИ за все годы проведения экзаменов  по ЕГЭ и ОГЭ (ГИА).

Источник: www.biorepet-ufa.ru

Чередование спорофита и гаметофита

Обозначения:

n – гаплоидный организм или клетка с одинарным (гаплоидным) набором хромосом. У большинства животных (в том числе и у человека) гаплоидными являются только гаметы. От греч. gaploos одиночный, eidos вид. В соматических клетках содержится удвоенное число

2n – диплоидный организм или клетка с двойным (диплоидным) набором хромосом. Характерен для соматических клеток; в отличие от одинарного, гаплоидного набора половых клеток. От греч. diplos двойной, eidos вид.

Хромосомы – от греч. Хрома – цвет и сома – тело – окрашенные тельца, расположенные в ядре клетки, в которых сосредоточена бо́льшая часть наследственной информации и которые предназначены для её хранения, реализации и передачи.

Для водорослей и всех растений суши, размножающихся и спорами (мхи и папоротниковидные), и семенами (голосеменные и покрытосеменные), существует чередование двух стадий в их цикле развития — спорофита и гаметофита.

Спорофитом («споро» и «фит» — или «растение, образующее споры») называют:

·  ту часть жизненного цикла растения, которая завершается образованием бесполых структур — спор

·  все клетки спорофита содержат нормальный (диплоидный) набор хромосом

Споры, прежде, чем высыпаться из коробочки (у мхов) или из спорангия (у папоротников) или споры семенных растений (из которых потом формируются гаметофиты) —деление, становятся гаплоидными. Поэтому, все клетки, которые сформируются из этих гаплоидных спор, будут тоже гаплоидными.

Гаметофитом («гамето» и «фит» — или «растение, образующее гаметы») называют:

·  ту часть жизненного цикла растения, которая завершается образованием половых структур — гамет

·  все клетки гаметофита содержат половинный (гаплоидный) набор хромосом.

У растений не только гаметы (половые клетки), являются гаплоидными , но и бесполые клетки — споры, тоже являются гаплоидными. Почему же тогда споры — это бесполые клетки, а гаметы — половые клетки?

Каждая гаплоидная спора (одна) не сливаясь ни с какой другой клеткой, то есть сама по себе, прорастая, образует новый организм (вернее другую жизненную стадию организма), генетически идентичную наследственному аппарату этой одной споры. Таким образом, спора, являясь продуктом спорофита, сама образует будущий гаметофит. Такое размножение и называется бесполым.

Ткани гаметофита гаплоидные (они же развились из гаплоидных спор), из них формируются гаметы. Каждая гаплоидная гамета не образует новый организм. Только после оплодотворения её другой гаметой, после объединения генетического материала (n) женской и (n) мужской гамет, образуется диплоидная (2n) зигота. Именно эта диплоидная зигота и даст начало новому будущему диплоидному организму (спорофиту).

Таким образом, гаметы, являясь продуктом гаплоидного гаметофита, только сливаясь попарно (мужские с женскими) обеспечат дальнейшее развитие организма. Поэтому такое размножение, в котором участвуют два партнера называется половым.

Что же является спорофитом и гаметофитом у споровых (водоросли, мхи и папоротниковидные) и семенных растений (голосеменные и покрытосеменные)?

Так вот, у водорослей и мхов, основным (доминирующим) поколением в цикле развития является гаметофит.

А у папоротниковидных (хотя они тоже относятся к споровым растениям ) и всех семенных растений основным поколением является спорофит.

На рисунке ниже показана схема изменения соотношения гаметофита (n) и спорофита (2n) в процессе эволюции растений, Красная линия, разделяет изображения спорофитов (выше линии) и гаметофитов (ниже линии) у разных групп растений.

Эволюция чередования гаметофита и спорофита

На рисунке мы видим, что только у водорослей и мхов стадия гаметофита (n) является преобладающей. У папоротников гаметофит представлен маленьким заростком, а у голосеменных и покрытосеменных вообще редуцирован до микроскопических размеров.

Казалось бы, поскольку папоротники как и мхи споровые растения, то у них чередование поколений должно происходить сходным со мхами образом. Но оказывается все наоборот: у споровых папоротников цикл чередования поколений (имеется в виду, какая форма представляет собой само взрослое вегетирующее растение) сходен с циклом чередования поколений у семенных растений.

Мхи — тупиковая ветвь эволюции царства растений, а от папоротниковидных произошли все современные семенные растения (только семенные растения произошли не от ныне живущих споровых папоротников, а от вымерших папоротников, у которых уже было семенное размножение).

В чем польза от чередования поколений, почему эволюция сохранила такой способ существования у многих организмов?

Известно, что чередование поколений зависит от условий среды. При благоприятных условиях размножение происходит, как правило, бесполыми способами – делением, почкованием, вегетативно. При неблагоприятных условиях бесполое поколение сменяется половым. Так произошло исторически, что эволюция размножения шла от бесполого размножения, свойственного одноклеточным, к половому размножению. От организмов с гаплоидным числом хромосом в клетках – к организмам с диплоидным набором хромосом.

Диплоидность – это возможность обладать более разнообразной генетической информацией, а значит и возможность иметь эволюционные преимущества.

Примитивные формы, размножаются только бесполым путем, а у более сложных форм бесполое размножение чередуется с половым (в основном в царстве растений). В процессе эволюции в цикле развития организмов закономерно уменьшается роль (продолжительность существования и размеры) гаплоидной фазы и увеличивается роль диплоидной фазы.

Источник: pandia.ru

Размножение растений и животных

Растения и некоторые животные способны размножатся как бесполым, так и половым путем. При бесполом размножении потомство является точной копией родителя. Разные типы бесполого размножения, обычно встречающиеся у обоих растений и животных, включают партеногенез (потомство развивается из неоплодотворенного яйца), почкование (потомство развивается, через почку на теле родителя), а также фрагментация (потомство развивается из части или фрагмента родителя). Половое размножение включает в себя объединение гаплоидных клеток (клеток, содержащих только один набор хромосом), чтобы образовать диплоидные клетки (содержащую два набора хромосом).

У многоклеточных животных жизненный цикл состоит из одного поколения. Диплоидный организм вырабатывает гаплоидные половые клетки посредством мейоза. Все остальные клетки тела диплоидные и продуцируются митозом. Новый диплоидный организм создается путем слияния мужских и женских половых клеток во время оплодотворения. У диплоидных организмов нет чередования поколений между гаплоидной и диплоидной фазами.

В растительных многоклеточных организмах жизненные циклы варьируются между диплоидными и гаплоидными фазами. В диплоидной (спорофитной) фазе продуцируются гаплоидные споры через мейоз. По мере развития гаплоидных спор через митоз, умноженные клетки образуют гаплоидную структуру гаметофитов. Гаметофит представляет собой гаплоидную фазу цикла. После созревания гаметофит производит мужские и женские гаметы (половые клетки). Когда гаплоидные гаметы объединяются, они образуют диплоидную зиготу. Зигота развивается через митоз, образуя новый спорофит. Таким образом, в отличие от животных, растительные организмы могут чередоваться между диплоидными (спорофитами) и гаплоидными (гаметофитными) поколениями.

Сосудистые и несосудистые растения

Чередование поколений наблюдается как у сосудистых, так и несосудистых растений. Сосудистые растения содержат систему сосудистой ткани, которая транспортирует воду и питательные вещества по всему телу растения. Несосудистые растения не имеют такой системы и нуждаются во влажных местах обитания для выживания. К ним относятся мхи, ан­то­це­ро­то­вид­ные и печёночные мхи. Эти растения выглядят как зеленые маты растительности с выступающими из них стебельками. Первичной фазой жизненного цикла несосудистых растений является генерация гаметофитов. Фаза гаметофит состоит из зеленой мшистой растительности, а фаза спорофит состоит из удлиненных стеблей со спорангиями на концах.

Первичной фазой жизненного цикла сосудистых растений является генерация спорофитов. В сосудистых растениях, которые не производят семена, такие как папоротники и хвощи, поколения спорофитов и гаметофитов независимы. Например, у папоротников ветвь с листьями представляют собой зрелое диплоидное образование спорофитов. Спорангии на нижней стороне листьев вырабатывают гаплоидные споры, которые прорастают для образования гаплоидных гаметофитов папоротника (проталлий). Эти растения процветают во влажных условиях, так как вода необходима для оплодотворения.

Сосудистые растения, которые производят семена, не всегда зависят от влажных сред обитания для размножения. Семена защищают развивающиеся эмбрионы. Как в цветковых, так и в нецветковых растениях (хвойных) генерация гаметофитов полностью зависит от доминирующих поколений спорофит. В цветущих растениях репродуктивная структура — цветок. Цветок производит как мужские микроспоры, так и женские мегаспоры.

Сами микроспоры содержатся в пыльце и вырабатываются в тычинке растения, развиваясь в мужские половые клетки. Женские мегаспоры производятся в пестики растений и развиваются в женские гаметы. Во время опыления пыльца переносится ветром, насекомыми или другими животными в женскую часть цветка. Мужские и женские гаметы объединяются и развиваются в семя, а завязь образует плод. У хвойных, пыльца производится в мужских шишках, а в женских шишках после оплодотворение формируется зародыш.

Понравилась статья? Поделись с друзьями:

Источник: NatWorld.info