Двойное оплодотворение
Двойное оплодотворение — характерный признак покрытосеменных растений: один спермий сливается с яйцеклеткой и образует зародыш, а второй — с центральной клеткой зародышевого мешка и образует эндосперм, запас ткани для питания зародыша.
Что происходит до оплодотворения
У цветковых растений половой процесс связан со строением цветка. В тычинках образуется пыльца, содержащая мужские гаметы — спермии. Женская часть цветка — пестик — включает рыльце, столбик и завязь. В завязи находятся семязачатки, внутри которых развивается зародышевый мешок.
Сначала происходит опыление растений: пыльцевое зерно переносится на рыльце пестика. Это может быть результатом самоопыления или перекрёстного опыления. После попадания на рыльце пыльцевое зерно прорастает и образует пыльцевую трубку. Она растёт через столбик пестика к семязачатку.
В пыльцевой трубке находятся два спермия. Пыльцевая трубка доставляет их к зародышевому мешку, потому что сами спермии у покрытосеменных обычно не передвигаются самостоятельно. В зародышевом мешке находятся яйцеклетка и центральная клетка с двумя полярными ядрами.
Спермий — мужская гамета цветкового растения. Яйцеклетка — женская гамета. Зародышевый мешок — женский гаметофит внутри семязачатка. Пыльцевая трубка — вырост пыльцевого зерна, по которому спермии достигают зародышевого мешка.
Два слияния и их результаты
Когда пыльцевая трубка достигает зародышевого мешка, один спермий сливается с яйцеклеткой. Возникает зигота — первая клетка будущего зародыша. Из зиготы после делений развивается зародыш семени: зародышевый корешок, зародышевый побег и семядоли.
Второй спермий сливается с центральной клеткой. В ней до слияния находятся два полярных ядра. Поэтому после объединения получается клетка с тремя наборами хромосом. Из неё развивается эндосперм — питательная ткань семени. Он накапливает крахмал, белки, масла и другие вещества либо формируется как ткань, передающая питательные вещества зародышу.
У покрытосеменных происходят два слияния: первый спермий сливается с яйцеклеткой и образует диплоидную зиготу \(2n\), а второй спермий сливается с двумя полярными ядрами и образует обычно триплоидное первичное ядро эндосперма \(3n\).
Итак, результатами процесса становятся не только зигота и будущий зародыш. Одновременно формируется питательная ткань — эндосперм. Именно это отличает двойное оплодотворение от обычного оплодотворения, при котором описывают одно слияние гамет.
Какой набор хромосом обычно имеет первичное ядро эндосперма покрытосеменных?
Почему оплодотворение называют двойным
Слово «двойное» относится не к числу спермиев, а к числу актов слияния. В процессе участвуют два спермия, но каждый выполняет свою функцию. Первый обеспечивает половое размножение и начало развития зародыша. Второй запускает образование эндосперма.
| Участники слияния | Продукт | Набор хромосом | Дальнейшая судьба |
|---|---|---|---|
| Яйцеклетка + первый спермий | Зигота | \(2n\) | Развивается зародыш |
| Два полярных ядра + второй спермий | Первичное ядро эндосперма | \(3n\) | Развивается эндосперм |
Такое устройство выгодно растению: питательная ткань появляется только после оплодотворения, когда действительно началось развитие зародыша. В результате ресурсы не расходуются на образование эндосперма в неоплодотворённом семязачатке. Позже из семязачатка формируется семя, а из завязи — плод.
Запомните связку: яйцеклетка → зигота → зародыш; центральная клетка → эндосперм → питание зародыша. Если в условии говорится о будущем растении, ищите зиготу и зародыш. Если говорится о запасе питательных веществ, ищите эндосперм.
Разбор задания по шагам
Рассмотрим типичную экзаменационную ситуацию: «У цветкового растения один спермий слился с яйцеклеткой, а второй — с центральной клеткой зародышевого мешка. Определите набор хромосом зиготы и эндосперма, если клетки растения имеют гаплоидный набор \(n\).»
Зигота имеет набор \(2n\), потому что образуется при слиянии яйцеклетки и спермия. Эндосперм обычно имеет набор \(3n\), потому что образуется при слиянии двух полярных ядер со вторым спермийем.
Связь с образованием семени
После двойного оплодотворения семязачаток превращается в семя. Зигота развивается в зародыш, эндосперм сохраняет или передаёт ему питательные вещества, а покровы семязачатка превращаются в семенную кожуру. Подробное расположение этих частей удобно повторить на странице строения семени.
У разных растений зрелое семя устроено неодинаково. У одних эндосперм сохраняется, например у злаков; у других его вещества поглощаются развивающимся зародышем, и запас накапливается главным образом в семядолях. Но способ образования эндосперма у покрытосеменных остаётся связанным со вторым слиянием.
1. Нельзя говорить, что два спермия сливаются с одной яйцеклеткой: один сливается с яйцеклеткой, другой — с центральной клеткой. 2. Не путайте зиготу и эндосперм: зигота обычно \(2n\), эндосперм обычно \(3n\). 3. Эндосперм — не сам зародыш, а ткань, которая питает его. 4. Опыление и оплодотворение — разные процессы: опыление переносит пыльцу, а оплодотворение является слиянием клеток.
Проверка перед экзаменом
Quick-test
Главное
- Двойное оплодотворение характерно для покрытосеменных растений.
- Первый спермий сливается с яйцеклеткой: образуется зигота \(2n\), из неё развивается зародыш.
- Второй спермий сливается с двумя полярными ядрами: обычно образуется эндосперм \(3n\).
- Эндосперм — питательная ткань семени, а не зародыш.
- Опыление предшествует оплодотворению, но не является самим слиянием гамет.