Воспроизведение и размножение растений

Типы размножения растений. Новые особи могут образоваться от родительских бесполым путем, т.е. без участия гамет и полового процесса, и половым путем, когда образованию дочерних особей обязательно предшествует половой процесс. При размножении бесполым способом родительская особь или разделяется на более или менее равные части (деление одноклеточных водорослей, партикуляция у многолетних трав), или отделяет от себя мелкие зачатки дочерних особей (почек, клубеньков), способные развиться в самостоятельные растения (т.е. происходит вегетативное размножение). Разделение вегетативного тела или отделение от него вегетативных же зачатков, например почек, клубеньков, — это вегетативное размножение. При этом генотип потомства остается в принципе неизменным и каждый потомок полностью воспроизводит материнское растение. Иногда же в качестве зачатков отделяются специализированные клетки, называемые спорами, и тогда говорят о бесполом размножении в узком смысле.

Общая характеристика вегетативного размножения. Вегетативное размножение — это увеличение числа особей данного вида или сорта посредством отделения жизнеспособных частей вегетативного тела растения. Каждая отделившаяся часть живет какое-то время самостоятельно и, как правило, образует новые органы, нередко недостающие (на отделившемся побеге образуются корни, на частях корня — побеги). Таким образом, при вегетативном размножении обычна и типична регенерация - восстановление целого из части. Впрочем, довольно часто все необходимые органы создаются у будущей самостоятельной особи еще до отделения ее от материнской (например, новые розеточные побеги с придаточными корнями на концах усов земляники).

Естественное и искусственное вегетативное размножение. Большинство описанных выше форм вегетативного размножения относится к категории естественного размножения растений в природе. Оно играет колоссальную роль в захвате территории некоторыми видами и нередко выступает в качестве антагониста семенного размножения: растение переходит на вегетативное размножение, когда образование и прорастание семян почему-либо затруднены и подавлены. Примерами могут служить многие травянистые растения широколиственных и хвойных лесов (ландыш, майник, сныть). Главный фактор в этом случае — недостаток света, а также опылителей под пологом леса. Сначала эти растения разрастаются с помощью гипогеогенных корневищ, образуя большие заросли — куртины, все надземные побеги которых соединены под землей, и, следовательно, это пока еще одна особь. Затем наступает естественная партикуляиия — это и есть начало собственно размножения.

Размножение растений спорами, половой процесс и циклы воспроизведения

Спороношение у растений. Споры и спорангии. Спорами размножается большинство водорослей и грибов, а также мохо- и папоротникообразные. Последние называют высшими споровыми растениями, в отличие от семенных (голосеменных и цветковых), размножающихся семенами. Формирование спор на растении называют спороношением. Споры — это специализированные клетки, возникающие путем митоза или мейоза. В первом случае их называют митоспорами. Они встречаются только у водорослей. Второй вариант более универсален — это мейоспоры. У высших растений представлены только мейоспоры. Споры формируются внутри специального органа — спорангия. У водорослей и грибов спорангием служит одна клетка; содержимое ее делится, и формируются споры, которые выходят наружу при вскрывании клеточной оболочки спорангия.

Половой процесс у растений. Половой процесс в типичной форме заключается в слиянии (копуляции) двух половых клеток - гамет - и образовании зиготы. При этом сливаются цитоплазма и ядра гамет, однако хромосомы слившихся ядер сохраняют свою индивидуальность, и ядро зиготы содержит удвоенный (диплоидный) набор хромосом по сравнению с одинарным (гаплоидным) набором в ядрах гамет. Таким образом, слияние ядер - наиболее важный этап полового процесса, иначе называемого оплодотворением. В диплоидном наборе хромосом ядра зиготы объединяется наследственный материал двух генетически нетождественных родителей. В этом состоит биологическая роль полового процесса, обеспечивающего появление потомства генетически более разнообразного по сравнению с вегетативным, объединяющего и варьирующего сочетания признаков материнского и отцовского организмов (бипарентальное наследование).

При половом процессе из двух клеток (гамет) получается одна (зигота), т.е. происходит уменьшение числа клеток, и нельзя говорить о размножении. Таким образом, термины «половой процесс» (слияние гамет) и «половое размножение» (увеличение числа особей данного вида за счет новых особей, возникших в результате полового процесса) никак нельзя считать синонимами. Множественность полового потомства обеспечивается, как правило, множественностью гамет. Новые особи образуются либо непосредственно из зигот, либо из их производных.

Понятие о циклах воспроизведения. Жизнь каждого вида во времени протекает в форме непрерывной смены последовательных поколений особей, которая обусловлена, как уже говорилось, способностью каждой особи производить потомство. Из предыдущего изложения видно, что потомство возникает разными способами, которые различны не только у разных групп растений, но часто у одного и того же вида в разные моменты его жизни.

В связи с тем, что половой процесс и мейоз должны закономерно чередоваться, наблюдается, как правило, правильная смена ядерных фаз, процессов образования спорангиев и мейоспор, гаметангиев и гамет, слияния гамет; происходит смена морфологических и физиологических состояний особей. Иногда все это повторяется в каждом поколении; особи всех поколений одинаковы (у фукуса — только диплобионты, у улотрикса — только гаплобионты), воспроизведение осуществляется без смены поколений, гомофазно. Но на примере папоротника видно, что у него чередуются два разных поколения, между которыми разделились функции образования мейоспор и гамет. Дочерние особи при этом не подобны родительским: их появление — не воспроизведение; последнее совершается лишь через одно поколение. Спорофит производит из спор только гаметофиты, гаметофит из зиготы образует, как правило, только один спорофит.

Таким образом, в жизни видов (последовательной смене поколений особей) четко выделяются отрезки — циклы воспроизведения (циклы развития). Цикл воспроизведения — отрезок жизни вида, ограниченный двумя одноименными этапами: от гаплобионта до гаплобионта, от спорофита до спорофита, от зиготы до зиготы, от мейоспоры до мейоспоры и т.д. В ходе цикла воспроизведения, как правило происходит смена ядерных фаз, хотя бывают и исключения.

Общая характеристика семенного размножения растений. У голосеменных и покрытосеменных растений, объединяемых под названием семенные, органами воспроизведения, размножения и расселения служат не споры, а семена. Они образуются в большом количестве на материнском растении, а затем опадают с него, давая начало новым растениям, вполне подобным материнскому. Таким образом, семена выполняют и функцию воспроизведения. Чередование поколений при этом полностью замаскировано, однако, как выясняется при более подробном изучении процессов формирования семени, оно существует и здесь. Главное отличие семенных от высших споровых заключается в том, что гаметофиты, особенно женский, утратили способность к самостоятельному существованию и живут исключительно за счет спорофита. При этом осуществлено весьма важное приспособление к наземной жизни, давшее громадные преимущества семенным растениям перед споровыми: полный отрыв от водной среды при оплодотворении. Семенные растения не нуждаются в воде для передвижения гамет; взамен этого возник процесс опыления-переноса мужских гаметофитов по воздуху.