Цикл развития папоротника: схема, определение, таблица и описание

Определение

Чередование поколений определяется как чередование многоклеточных диплоидных и гаплоидных форм в жизненном цикле организма независимо от того, являются ли эти формы свободноживущими. У некоторых видов, таких как водоросль Ulva lactuca , диплоидная и гаплоидная формы действительно являются свободноживущими независимыми организмами, по существу идентичными по внешнему виду и, следовательно, считаются изоморфными. Свободноплавающие гаплоидные гаметы образуют диплоидную зиготу, которая превращается в многоклеточный диплоидный спорофит. Спорофит производит свободно плавающие гаплоидные споры посредством мейоза, которые прорастают в гаплоидные гаметофиты.

Однако в некоторых других группах спорофит или гаметофит очень сильно редуцированы и неспособны к свободному существованию. Например, у всех мохообразных генерация гаметофита является доминирующей, и спорофит зависит от нее. Напротив, у всех современных сосудистых наземных растений гаметофиты сильно уменьшены, хотя ископаемые свидетельства указывают на то, что они произошли от изоморфных предков. У семенных растений женский гаметофит полностью развивается внутри спорофита, который защищает и питает его и зародышевый спорофит, который он производит. Пыльцевые зерна, которые являются мужскими гаметофитами, уменьшаются до нескольких клеток (во многих случаях всего до трех клеток). Здесь понятие двух поколений менее очевидно; как говорят Бейтман и Димихеле, «порофиты и гаметофиты эффективно функционируют как единый организм». Альтернативный термин «чередование фаз» может быть более подходящим.

История

Споры о смене поколений в начале двадцатого века могут сбивать с толку, потому что сосуществуют различные способы классификации «поколений» (половые против бесполых, гаметофитные против спорофитных, гаплоидные против диплоидных и т. Д.).

Первоначально Чамиссо и Стинструп описали смену по-разному организованных поколений (половых и бесполых) у животных как «чередование поколений», изучая развитие оболочников , книдарий и трематод . Это явление также известно как гетерогамия . В настоящее время термин «смена поколений» почти исключительно связан с жизненными циклами растений, в частности с чередованием гаплоидных гаметофитов и диплоидных спорофитов.

Вильгельм Хофмайстер продемонстрировал морфологическое чередование поколений у растений, между поколением, несущим споры (спорофит), и поколением, несущим гамет (гаметофит). К тому времени возникла дискуссия о происхождении бесполого поколения наземных растений (то есть спорофита), которую условно характеризовали как конфликт между теориями антитетического ( Čelakovský , 1874) и гомологичного ( Pringsheim , 1876) чередования поколений. . Челаковский придумал слова спорофит и гаметофит.

Эдуард Страсбургер (1874) открыл чередование диплоидной и гаплоидной ядерных фаз, также называемое цитологическим чередованием ядерных фаз. Хотя чаще всего они совпадают, морфологическое чередование и чередование ядерных фаз иногда не зависят друг от друга, например, у многих красных водорослей одна и та же ядерная фаза может соответствовать двум различным морфологическим поколениям. У некоторых папоротников, утративших половое размножение, ядерная фаза не изменяется, но сохраняется смена поколений.

Что такое гаметофит и спорофит в биологии

Спорофит – одно из чередующихся поколений, относится к бесполому.

Многоклеточная диплоидная фаза, происходящая в период жизни водорослей и растений.

Бесполое развитие происходит из зиготы, в которой появляются споры. Образование зиготы происходит на половой гаплоидной фазе из женской яйцеклетки, оплодотворенной мужской гаметой.

Гаметофит — гаплоидная или половая фаза в жизненном цикле растений, которая, в свою очередь, развивается из спор и производит половые мужские и женские клетки, или гаметы.

Когда гаметы сливаются вместе или оплодотворяются, снова наступает гаплоидное поколение.

Гаметы бывают двух видов:

1. Мужские гаметы.

   Появляются из мужских гаметангий – антеридий. У споровых и водорослей они называются сперматозоидами, у семенных – спермиями. Отличаются между собой подвижностью, сперматозоиды имеют жгутики, поэтому могут двигаться.

2. Женские гаметы,

   представляющие собой неподвижные яйцеклетки. Образуются в женских гаметангиях, которые носят название – архегонии.

У наземной растительности оплодотворение яйцеклетки происходит в архегонии, после которого появляются споры. Жизненный цикл продолжает свое чередование.

Чередование поколений особо выражено у споровых растений. У папоротников, плаунов, хвощей гаметофит находится раздельно от спорофита, но преобладает гаплоидность.

Гаметофит выражен недолговечным маленьким ростком, на котором затем вырастает спорофит. У мхов нет разделения между фазами, коробочка со спорами развивается на гаметофите.

Цветковые или покрытосеменные растения для размножения используют опыление, когда мужские гаметы в тычинках переносятся к женским в пестиках. У голосеменных растений семена находятся в открытом виде – шишках, и оплодотворение происходит, как и у покрытосеменных.

Однако семя голосеменных развивается из семязачатка, который открыт на семенной чешуе, у покрытосеменных оно находится внутри плода.

Схема жизненного цикла высших растений проста: постоянное чередование полового (гаплоидного) с бесполым (диплоидным) поколением.

Почему в жизненном цикле растений преобладает спорофит?

Преимущества спорофита:

• в водной среде происходит передвижение гамет, а на поверхности земли растения не способны перемещать свои споры;

• из-за изменчивых условий на поверхности земли диплоидным организмам легче сохранить рецессивные признаки, которые могут стать необходимыми для выживания в изменившейся среде обитания.

В жизни покрытосеменных, голосеменных, большей части споровых, кроме мхов, преобладает гаплоидность

Обусловлено это тем, что в природе важно наличие семени для дальнейшей жизни. . Гаметофит – это, непосредственно, оплодотворение, а спорофит – появление спор

Споры необходимы для дальнейшего распространения, произрастания вида растения на земле. 

Гаметофит – это, непосредственно, оплодотворение, а спорофит – появление спор. Споры необходимы для дальнейшего распространения, произрастания вида растения на земле. 

Именно диплоидный вид организма способен вынести меняющиеся условия наземной жизни.

Споры папоротника

Поэтому диплоидное поколение преобладает у наземных растений, у подводной растительности – водорослей преобладает гаплоидная часть. Даже одноклеточные водоросли — хламидомонады, имеют преобладающую гаплоидность на протяжении своей жизни.

Что такое гаметофит и спорофит в биологии

Спорофит – одно из чередующихся поколений, относится к бесполому.

Многоклеточная диплоидная фаза, происходящая в период жизни водорослей и растений.

Бесполое развитие происходит из зиготы, в которой появляются споры. Образование зиготы происходит на половой гаплоидной фазе из женской яйцеклетки, оплодотворенной мужской гаметой.

Гаметофит — гаплоидная или половая фаза в жизненном цикле растений, которая, в свою очередь, развивается из спор и производит половые мужские и женские клетки, или гаметы.

Когда гаметы сливаются вместе или оплодотворяются, снова наступает гаплоидное поколение.

Гаметы бывают двух видов:

1. Мужские гаметы.

   Появляются из мужских гаметангий – антеридий. У споровых и водорослей они называются сперматозоидами, у семенных – спермиями. Отличаются между собой подвижностью, сперматозоиды имеют жгутики, поэтому могут двигаться.

2. Женские гаметы,

   представляющие собой неподвижные яйцеклетки. Образуются в женских гаметангиях, которые носят название – архегонии.

У наземной растительности оплодотворение яйцеклетки происходит в архегонии, после которого появляются споры. Жизненный цикл продолжает свое чередование.

Чередование поколений особо выражено у споровых растений. У папоротников, плаунов, хвощей гаметофит находится раздельно от спорофита, но преобладает гаплоидность.

Гаметофит выражен недолговечным маленьким ростком, на котором затем вырастает спорофит. У мхов нет разделения между фазами, коробочка со спорами развивается на гаметофите.

Цветковые или покрытосеменные растения для размножения используют опыление, когда мужские гаметы в тычинках переносятся к женским в пестиках. У голосеменных растений семена находятся в открытом виде – шишках, и оплодотворение происходит, как и у покрытосеменных.

Однако семя голосеменных развивается из семязачатка, который открыт на семенной чешуе, у покрытосеменных оно находится внутри плода.

Схема жизненного цикла высших растений проста: постоянное чередование полового (гаплоидного) с бесполым (диплоидным) поколением.

Гаметофито в мохообразных

В этой группе растений (мхи, печеночники и рогатый) гаметофит является наиболее заметной стадией биологического цикла..

Этот гаметофит bryophyte имеет долгую жизнь и не зависит от питания. Спорофиты, как правило, прикрепляются к гаметофитам и нуждаются в них..

У мхов спора начинает расти по мере того, как она прорастает и производит нить из клеток, называемых протонемой..

Когда зрелый, гаметофит развивается в форме плотных зародышей, которые дают начало половым органам или gametangios, которые являются производителями гамет. Яйца производятся в архегонии и сперматозоиды в антеридии.

В таких группах, как гепатики, принадлежащие к отряду Marchantiales, гаметы происходят из специализированных органов, называемых гаметофорами или гаметангиофорами..

Покрытосеменные (цветковые)

Общая характеристика. Покрытосеменные — самый большой отдел растительного мира. Произошли от древней формы голосеменных в начале мелового периода мезозойской эры (около 125 млн. лет назад). Насчитывают около 250 тыс. видов. Занимают господствующее положение в растительном мире; произрастают во всех климатических зонах и в самых разных климатических условиях. Наибольшее разнообразие видов — во влажных тропиках.

Покрытосеменные — единственная группа растений, образующая сложные многоярусные фитоценозы.

Особенности строения. Доминирующая жизненная форма -диплоидный спорофит (само растение, включающее корень и побег). Спорофиты разных групп покрытосеменных представлены различными жизненными формами (древесными, кустарниковыми, кустарничковыми, лиановыми, одно- и многолетними травами) и могут очень сильно отличаться друг от друга. Большинство покрытосеменных — многолетние растения, а травы могут быть одно- и двулетними. Органы покрытосеменных делятся на вегетативные (корень, стебель, лист) и генеративные (цветок, плод, семя).

В зависимости от строения семян и морфологических особенностей органов отдел делится на два класса: Однодольные (зародыш семени имеет одну семядолю) и Двудольные (зародыш семени имеет две семядоли). Основные различия между одно- и двудольными растениями приведены в таблицах на с. 280-281. При делении классов на семейства, роды и виды учитываются общие признаки растений — строение цветка и плода, тип соцветия, особенности внешнего и внутреннего строения вегетативных органов.

Основные ароморфозы: цветок, плод, двойное оплодотворение; симподиальное ветвление, прогрессивное развитие проводящей ткани: ксилема содержит настоящие сосуды — широкие трахеи (а не трахеиды, как у голосеменных), флоэма — ситовидные трубки с клетками-спутницами, а не ситовидные клетки; наличие специализированной механической ткани (волокон), придающей прочность коре и древесине; прогрессивное развитие вегетативных органов; способность образовывать ядовитые вещества, защищающие растения от растительноядных животных (у некоторых групп покрытосеменных).

Семязачатки находятся в полости завязи пестика и защищены его тканями от неблагоприятных условий среды, семена защищены не только семенной кожурой, но и плодом.

Развитие эндосперма одновременно с развитием зародыща (а не до оплодотворения, как у голосеменных) позволяет избежать ненужной траты питательных веществ и энергии в том случае, когда зародыш не образуется.

Гаметофиты более упрощены, чем у голосеменных. Мужской гаметофит покрытосеменных представлен пыльцевым зерном, содержащим вегетативную клетку с диплоидным набором хромосом (2n) и генеративную гаплоидную клетку (1n). У некоторых до опыления путем митоза из генеративной клетки образуется два спермия с гаплоидным набором хромосом. Женский гаметофит представлен зародышевым мешком, содержащим две клетки -синергиды, три клетки-антиподы, яйцеклетку с гаплоидным набором хромосом (1n) и диплоидную центральную клетку (2n).

Размножение. Пыльцевые зерна попадают на рыльце пестика (а не сразу в пыльцевход семязачатка), предназначенного именно для улавливания пыльцы; в пыльцевход семязачатка проникает пыльцевая трубка, образующаяся в пыльцевом зерне. Оплодотворение двойное: в нем участвуют два спермия: один сливается с яйцеклеткой, образуя диплоидную зиготу, из которой развивается зародыш, другой спермий сливается с диплоидной центральной клеткой женского гаметофита, образуя триплоидную клетку, из которой впоследствии возникает эндосперм, содержащий запас питательных веществ, необходимых для развития зародыша.

После оплодотворения семязачаток развивается в семя, завязь пестика формирует плод. Наличие и уникальность плода обеспечивают распространение покрытосеменных птицами, млекопитающими, насекомыми, ветром, водой и т.д.

Для покрытосеменных также характерно вегетативное размножение (с помощью вегетативных органов).

Значение покрытосеменных: поддерживают стабильный газовый состав атмосферы; образуют сложные многоярусные фитоценозы; растения и их плоды служат пищей для многих видов животных; покрытосеменные широко используются человеком: обеспечивают человека хлебом (хлебные злаки), используются им в пищу (овощные и плодово-ягодные) и в качестве лечебных средств, являются источником сырья для деревообрабатывающей, целлюлозной, легкой и медицинской промышленности, применяются в декоративных целях и т.д.

растения

Мох Сфагнум как обитатель влажных мест

Сфагнум, или торфяной, или белый мох, — постоянный обитатель влажных мест и болот зоны умеренного климата. Ризоиды у сфагнума отсутствуют. Имеется ветвистый стебель и многочисленные листья, в состав которых входят клетки двух типов — узкие длинные клетки, содержащие хлорофилл, и бесцветные с порами в наружных стенках. Фотосинтез проходит в зеленых клетках (клетках-ассимиляторах). Бесцветные клетки называются водосборными. Они поглощают и хранят большое количество воды. Появление сфагнума -признак заболачивания почвы. Размножается сфагнум так же, как кукушкин лен, но является однодомным растением.

Сфагновый мох растет верхней частью побегов, нижние их части постепенно отмирают. Мох синтезирует гуминовые кислоты, которые тормозят гниение отмирающих стеблей. Медленное разложение этих стеблей во влажной и кислой среде при незначительном содержании кислорода приведет к образованию полезного ископаемого — торфа.

Значение торфа: топливо, удобрение, сырье для получения древесного спирта, смол, карбоновой кислоты, пластмасс. Антисептические свойства сфагнума позволяют использовать его в качестве «перевязочного» материала.

Источники информации

1. Биология для абитуриентов. Авторы: Давыдов В.В. , Бутвиловский В.Э. , Рачковская И. В. , Заяц Р.Г.

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.

Мне нравитсяНе нравится1

Жизненный цикл

Для высших споровых растений характерен сложный жизненный цикл с чередованием поколений. Рассмотрим его на примере мха кукушкиного льна. В виде зеленого ковра он растет на влажном субстрате: лесной подстилке, крышах, подвалах и даже асфальте. Эта структура имеет листостебельное строение. Функцию корней у мха выполняют ризоиды, которые не имеют настоящих тканей. Они закрепляют растение в субстрате, обеспечивая дополнительное питание.

Зеленое листостебельное растение мха — это его половое поколение. Оно называется гаметофит. На нем формируются органы полового размножения, в которых содержатся половые клетки — гаметы. Их слияние происходит только при помощи воды, поэтому моховидные всегда растут только во влажных местах.

В результате оплодотворения на гаметофите развивается бесполое поколение растения. Оно представляет собой коробочку на сухой ножке. В ней развиваются споры. Попадая в почву, они прорастают и образуют зеленый листостебельный ковер. Такое чередование поколений и называют жизненным циклом: спорофит сменяется половым поколением и наоборот.

Отдел плаунообразные или ликоподиофиты

Общий вид плауна булавовидного и селягинелла селягинелловидная

Общая характеристика плаунообразных

Современные представители отдела Плаунообразные или Ликоподиофиты (Lycopodiophyta) –только травянистые, преимущественно многолетние вечнозеленые небольшие (до 30 см в высоту) растения, внешним видом напоминают мхи. Насчитывают около 1300 видов. Распространены в увлажненных местах суши. Преимущественно распространены в тропиках. Древнейшие среди современных высших споровых растений, у которых в жизненном цикле преобладает спорофит. Отмершие растения были деревьями и кустарниками, принимали участие в образовании каменного угля. Возникли в середине девонского периода палеозойской эры. Достигли расцвета в каменноугольный период. Происходят от риниофитов. Произрастали в полупогруженном состоянии в заболоченной почве.

В жизненном цикле чередуются спорофит и гаметофит. Спорофит преобладает. Он имеет ползучие (подземные или надземные) и прямостоячие побеги. Подземные части побегов имеют вид типичного корневища. Стебель ветвится вильчасто (дихотомически). Листья мелкие, представляют собой выросты стебля. Имеют одну жилку и устьица. Стебель снаружи покрыт однослойной эпидермой с устьицами. Под ней – кора. В центральной части стебля – проводящая ткань. Рост происходит в точке роста. Камбий в стебле отсутствует. Корень имеет подобное внутреннее строение. Для плаунообразных характерны дополнительные корни. На особых листьях (на верхней стороне или в пазухах) – спорофиллах (от греч. спора и филон – лист) – развиваются спорангии со спорами. Спорофиллы преимущественно расположены на верхушках побега. Они снаружи или не отличаются от обычных листьев, или отделены от вегетативной части стебля и образуют зону, подобную по строению шишке (имеют ось со спирально размещенными спорофиллами), которую называют стробилой (от греч. стробилос – шишка). Плаунообразные бывают равноспоровыми и разноспоровыми.

Плаун булавовидный. 1 – общий вид растения с колосками; 2 – споролистик со спорангием; 3 – споры; 4 – заросток с молодым побегом.

Гаметофит небольшой, имеет различную форму, называется заросток.

Размножаются половым и бесполым способами. Преобладает вегетативное размножение (побегами, выводковыми почками, клубеньками). В спорангиях происходит мейоз и получаются гаплоидные споры. Из споры развивается гаметофит. Половые органы представлены архегониями и антеридиями. В антеридиях развиваются двужгутиковые или многожгутиковые сперматозоиды. Оплодотворение происходит при наличии воды. Из зиготы вырастает спорофит.

Разнообразие плаунообразных

Представители равноспоровых плаунообразных: плаун булавовидный, плаун – баранец.

Представители разноспоровых: селягинелла и др.

Споры равноспоровых плаунов все одинаковые, не различаются. Гаметофиты (заростки) равноспоровых имеют маленькие размеры (2-20 мм), мясистые, напоминают формой луковицу. В процессе развития приобретают блюдцевидную форму. Они подземные или полуподземные, двуполые, сапрофиты или полусапрофиты (полуавтотрофы), то есть надземная часть имеет хлоропласты. Могут жить в симбиозе с грибами (микориза). Созревают от 12 до 20 лет. Равноспоровые плауны следует охранять.

Споры разноспоровых различаются: мелкие (микроспоры) дают начало мужским гаметофитам, большие по размерам (мегаспоры) – женским. Гаметофиты разноспоровых не зеленые, однополые. В особенности редуцированный мужской гаметофит. Они созревают в течение нескольких недель за счет питательных веществ спор. В процессе созревания не выходят за границы оболочки споры.

Значение плаунообразных

Плауны животные не едят. Некоторые из них содержат яд, сходный по действию на кураре. Споры богаты невысыхаемым маслом (до 50 %) и применяются как пересыпки литейных форм, при изготовлении ракет для фейерверков (треск возникает вследствие громкого щелкания оболочек при закипании масла). Растения используют как декоративные, лекарственные. В фармацевтике использовали раньше для обсыпания таблеток и как детскую присыпку. Некоторые из плаунов занесены в Красную книгу (баранец обыкновенный).

Как используют мох кукушкин лен

Несмотря на обилие различных утеплителей, лесные мхи остаются достаточно популярным материалом для конопатки стен деревянных зданий. Издавна бревна в венцах строящейся избы укладывали «на мох». Это, и только это позволяло сберечь в доме драгоценное тепло.

А лучшие мхи для строительства – кукушкин лен и сфагнум. О сфагнуме в следующий раз, не забудьте подписаться на обновления блога. А для правильного использования кукушкина льна нужно знать несколько простых правил.

Правило первое. Не берите мох на болоте – там он слишком влажный, и будет трудно его подсушить до нормы. Поищите в ельнике, там, где растет черника.

Правило второе. Вырванные пучки кукушкина льна собирают в ленты длиной около 40 сантиметров, выбрасывают мусор, перевязывают эти пучки (хотя бы травой) и укладывают в мешки.

Правило третье. Сырой мох нужно подсушить. Но и пересушивать его нельзя – будет крошиться. В сухое лето собранный не на болоте мох можно вообще не сушить. Если же погода дождливая, привезенный из леса материал развешивают под навесом на специальных вешалах из досок, подсушивают, и снова складывают в мешки.

Правило четвертое, последнее. Ленты из мха кукушкиного льна, немножко распушив, укладывают на ряд бревен поперек, так, чтоб концы свисали со сруба наружу и внутрь будущего здания, и оно почти пряталось за моховой завесой. Причем одна лента должна частично другую перекрывать, а толщина слоя мха не должна быть меньше полутора сантиметров. При высыхании и сам сруб, и мох дадут усадку, а ведь нужно надежно изолировать помещение от наружного воздуха. Свисающие же концы мха подворачиваются и уплотняются конопаткой в пазах между венцами.

Народная медицина использует мох кукушкин лен при лечении некоторых заболеваний простудного характера, при маточных кровотечениях. Однако фармацевтическая ценность мха наукой не доказана. Впрочем, быть может наука еще до этого и не дошла…

Отвар из кукушкина льна используют для укрепления волос. Впрочем, крапива подходит для этого никак не хуже, а найти ее не в пример проще.

Вот таков он, лесной мох кукушкин лен – и «агрессор», и природный утеплитель. Интересное лесное растение из класса настоящих мхов.

Жду Ваш (именно Ваш!) комментарий, дорогой читатель!

Гаметофитос в папоротниках

В папоротниках гаметофиты мелкие, выполняют фотосинтез и ведут свободный образ жизни, так как им не нужен спорофит для питания.

В видовом Leptosporangiate dryopteris, папоротник gametófito является autótrofo (производит свою собственную еду), осуществляет фотосинтез и владеет структурой, называемой проталлус, которая производит гаметы. Проталлус удерживает спорофит в стадии раннего многоклеточного развития..

В некоторых группах, особенно в генеалогической ветви (Psilotaceae и Ophioglossaceae) гаметофиты находятся под землей и выживают, устанавливая микотрофные отношения с грибами.