Жизненный цикл папоротника
Жизненный цикл папоротника включает чередование двух поколений: полового — гаметофита и бесполого — спорофита. Знакомое крупное растение папоротника является спорофитом, а маленький заросток — самостоятельным гаметофитом, на котором образуются половые клетки.
Два поколения папоротника
Папоротники относятся к споровым растениям. В их жизненном цикле последовательно сменяются организмы с разным набором хромосом. Спорофит имеет двойной набор хромосом \(2n\), а гаметофит — одинарный набор \(n\).
Спорофит — бесполое поколение папоротника с набором хромосом \(2n\). Это крупное зелёное растение с корнем, стеблем и листьями. На нижней стороне его листьев образуются спорангии со спорами.
Гаметофит — половое поколение с набором хромосом \(n\). У папоротника он представлен небольшим зелёным заростком. На заростке формируются мужские и женские половые органы.
Споры образуются на спорофите в результате мейоза, поэтому они гаплоидны (\(n\)). Гаметы образуются на гаметофите в результате митоза, поэтому также имеют набор \(n\). После слияния гамет возникает зигота с набором \(2n\).
Развитие спорофита и образование спор
Взрослый спорофит — это многолетнее растение папоротника. Его подземный или расположенный у поверхности земли стебель часто называют корневищем. От него отходят корни и крупные листья — вайи. На нижней стороне вай в особых группах, называемых сорусами, находятся спорангии.
Внутри спорангия клетки спорогенной ткани делятся мейозом. Из одной диплоидной клетки обычно образуются четыре гаплоидные споры. Спора покрыта оболочкой, поэтому может пережить неблагоприятные условия и распространиться ветром.
Спорофит → спорангии → мейоз → споры → прорастание споры. Споры не являются семенами: у них нет зародыша и запаса питательных веществ, как у семени.
При благоприятных условиях — наличии влаги, тепла и подходящего субстрата — спора прорастает. Сначала возникает тонкая нить клеток, затем формируется маленькая зелёная пластинка. Так развивается заросток, то есть гаметофит папоротника.
Заросток и половое размножение
Заросток обычно имеет сердцевидную форму и очень мал по сравнению со взрослым папоротником. Он прикрепляется к почве ризоидами, поглощает воду и минеральные вещества и некоторое время осуществляет фотосинтез. Заросток — не «молодой лист» папоротника, а отдельное половое поколение.
На нижней стороне заростка развиваются два типа органов. Антеридии образуют мужские гаметы — подвижные сперматозоиды. Архегонии образуют женские гаметы — яйцеклетки. Обычно эти органы расположены на одном заростке, но созревают не одновременно, что уменьшает вероятность самооплодотворения.
Для оплодотворения папоротнику нужна вода: сперматозоиды передвигаются по водной плёнке от антеридия к архегонию. Поэтому папоротники чаще обитают во влажных местах.
Сперматозоид сливается с яйцеклеткой внутри архегония. Возникает диплоидная зигота. Из неё развивается зародыш нового спорофита. Сначала молодой спорофит связан с заростком и получает от него питательные вещества, затем образует собственные корни и листья. Заросток постепенно отмирает, а молодой спорофит становится самостоятельным растением.
Какой организм папоротника образует споры?
Полный цикл по шагам
- Взрослый папоротник-спорофит имеет набор \(2n\).
- В спорангиях на нижней стороне вай мейозом образуются гаплоидные споры \(n\).
- Спора рассеивается и при благоприятных условиях прорастает.
- Из споры развивается заросток-гаметофит с набором \(n\).
- На заростке митозом образуются антеридии и архегонии, производящие сперматозоиды и яйцеклетки.
- В присутствии воды сперматозоид достигает яйцеклетки; происходит оплодотворение.
- Образуется зигота \(2n\), из которой развивается молодой спорофит.
- Молодой спорофит отделяется от заростка и превращается во взрослое растение.
Условие: в жизненном цикле папоротника нужно определить набор хромосом у споры, заростка и зиготы, если клетки спорофита имеют \(2n=20\).
Ответ Показать решение
Спора содержит 10 хромосом, заросток также содержит 10 хромосом, а зигота — 20 хромосом. Важно не путать место образования: споры появляются на спорофите, а гаметы — на заростке.
Частые ошибки и связь с другими растениями
1. Называть крупный папоротник гаметофитом. На самом деле крупное растение — спорофит. 2. Считать заросток семенем или маленьким папоротником. Заросток — гаметофит, который образуется из споры. 3. Говорить, что споры образуются митозом. У папоротников споры возникают мейозом. 4. Забывать о воде при оплодотворении. Подвижным сперматозоидам нужна водная плёнка. 5. Путать спору и гамету: спора развивается в гаметофит, а гамета участвует в оплодотворении.
У папоротников, как и у мхов, есть чередование поколений, но у папоротников главным и лучше развитым поколением является спорофит. В отличие от семеносных растений, папоротники не образуют семян и плодов. Папоротник состоит из органов, поэтому его нельзя путать с талломом водорослей или некоторых других организмов.
Быстрая проверка
Главное
- Крупное растение папоротника — диплоидный спорофит (\(2n\)).
- В спорангиях спорофита мейозом образуются гаплоидные споры (\(n\)).
- Из споры развивается маленький гаметофит — заросток.
- На заростке формируются антеридии со сперматозоидами и архегонии с яйцеклетками.
- Для оплодотворения нужна вода; из зиготы развивается новый спорофит.