Жизненный цикл растения
Жизненный цикл растения — это последовательность стадий от образования семени или споры до появления нового организма, способного к размножению. Для растений характерно чередование поколений: диплоидного спорофита и гаплоидного гаметофита.
Основные понятия жизненного цикла
У растений сменяются две многоклеточные фазы. Спорофит развивается из зиготы и имеет двойной набор хромосом \(2n\). На спорофите или в его органах образуются споры. Гаметофит развивается из споры и имеет один набор хромосом \(n\). На гаметофите формируются гаметы.
Спорофит — диплоидное поколение растения, образующее споры. Гаметофит — гаплоидное поколение, образующее гаметы. Спора — гаплоидная клетка, из которой без слияния с другой клеткой развивается гаметофит. Гаметы — половые клетки, слияние которых приводит к образованию зиготы. Зигота — первая клетка нового диплоидного спорофита.
В жизненном цикле обязательно происходят два противоположных процесса. Мейоз уменьшает число хромосом с \(2n\) до \(n\) и образует споры. Оплодотворение восстанавливает диплоидный набор: две гаплоидные гаметы сливаются, образуя зиготу \(2n\).
Половое поколение — гаметофит — образует гаметы митозом, потому что его клетки уже имеют набор \(n\). Бесполое поколение — спорофит — образует споры мейозом, потому что его клетки имеют набор \(2n\).
Последовательность стадий
- A — Взрослое диплоидное растение; образует спорангии или органы, где идёт мейоз.
- B — Возникают в результате мейоза; расселяются и прорастают.
- C — Гаплоидное поколение; образует мужские и женские гаметы митозом.
- D — Сливаются при оплодотворении.
- E — Развивается митозом в новый спорофит.
- Диплоидный спорофит образует споры в результате мейоза.
- Гаплоидная спора прорастает и формирует гаметофит.
- Гаметофит образует мужские и женские гаметы митозом.
- Гаметы сливаются при оплодотворении, возникает диплоидная зигота.
- Из зиготы митозом развивается новый спорофит.
Важно отличать размножение спорами от полового процесса. Спора образуется без слияния клеток и начинает развитие самостоятельно. Половой процесс завершается оплодотворением и образованием зиготы. У семени кроме зародыша обычно есть запас питательных веществ и защитные оболочки, поэтому семя — не то же самое, что спора.
Какой процесс непосредственно восстанавливает диплоидный набор хромосом?
Как меняется цикл у разных растений
У разных групп растений поколения развиты неодинаково. У мхов преобладает гаметофит: зелёное растение, которое мы обычно видим, является гаплоидным. Спорофит мха небольшой и зависит от гаметофита.
У папоротниковидных преобладает спорофит — крупное растение с листьями и корнями. Гаметофит обычно небольшой, но самостоятельный. Для оплодотворения папоротниковидным необходима вода, поскольку мужские гаметы передвигаются к женским по водной плёнке.
У голосеменных и покрытосеменных спорофит также является преобладающим поколением. Гаметофиты сильно уменьшены: мужской гаметофит представлен пыльцевым зерном, женский развивается внутри семязачатка. У покрытосеменных после оплодотворения формируются семя и плод; подробная последовательность описана в теме жизненный цикл покрытосеменных.
| Группа растений | Преобладающее поколение | Особенность |
|---|---|---|
| Мхи | Гаметофит | Спорофит зависит от гаметофита |
| Папоротниковидные | Спорофит | Гаметофит небольшой и самостоятельный |
| Голосеменные | Спорофит | Семена лежат открыто на чешуях шишек |
| Покрытосеменные | Спорофит | Образуются цветок, семя и плод |
Определяйте не только преобладающее поколение, но и место мейоза, тип клеток, образующихся после него, необходимость воды для оплодотворения и наличие семени. Большое видимое растение обычно является спорофитом, но у мхов это исключение.
Разобранный пример: определить набор хромосом
В задаче сказано: у растения спора имеет \(n=12\) хромосом. Определите число хромосом в клетках гаметофита, зиготы и спорофита.
Нужно проследить стадии цикла и помнить, что мейоз образует гаплоидные споры, а оплодотворение объединяет два гаплоидных набора.
Ответ: в клетках гаметофита — 12 хромосом, в гаметах — 12, в зиготе и спорофите — 24. Если в условии дано число хромосом спорофита, сначала найдите \(n\) делением на два.
Связь с размножением и развитием
Половое размножение увеличивает наследственную изменчивость, потому что генетический материал двух родителей объединяется. Бесполое размножение происходит без слияния гамет; при вегетативном размножении новое растение возникает из части материнского организма и обычно генетически похоже на него. Размножение черенками и прививка относятся к практическим способам вегетативного размножения, но не заменяют естественный цикл чередования спорофита и гаметофита.
1. Нельзя считать спору гаметой: спора развивается в гаметофит, а гамета участвует в оплодотворении. 2. Мейоз происходит при образовании спор, а не гамет у растений. 3. Гаметофит не всегда является большим зелёным растением: у семенных растений он микроскопический. 4. Митоз не меняет набор хромосом, если не происходит особого нарушения деления. 5. Семя образуется после оплодотворения, а спора — до него.
При анализе цветка связывайте органы с поколениями: пыльцевое зерно — мужской гаметофит, а зародыш семени — будущий спорофит. Поэтому цветок относится к спорофитному растению, но внутри него развиваются резко уменьшенные гаметофиты.
Быстрая проверка
Главное
- Жизненный цикл растения включает чередование диплоидного спорофита и гаплоидного гаметофита.
- Спорофит образует споры мейозом; гаметофит образует гаметы митозом.
- Оплодотворение объединяет два набора \(n\) и формирует зиготу \(2n\).
- У мхов преобладает гаметофит, а у папоротниковидных, голосеменных и покрытосеменных — спорофит.
- При решении задач отслеживайте стадию, способ её образования и набор хромосом.