Курсовая работа: Разноспоровость у высших растений
А вот среди плауновидных (Lycopodiophyta) есть как равно-, так и разноспоровые растения. Разноспоровые растения обладают листьями с язычками. Споры плауновидных обычно с трехлучевым рубцом. Гаметофиты разноспоровых плауновидных однополые, незеленые, развиваются обычно в течение нескольких недель за счет питательных веществ, содержащихся в споре, и по достижении зрелости не выступают наружу, за пределы оболочки споры.
Класс изоэтопситы (Isoetopsida) включает разноспоровые плауновидные. Сюда относят порядки: селагинелловые (Selaginellales), лепидодендровые (Lepidodendrales) и полушниковые (Isoetales), причем лепидондровые полностью вымерли, а два других порядка представлены и ныне живущими растениями.
К порядку селягинелловые (Selaginellales) относят разноспоровые многолетние травянистые ветвистые растения с цельными листьями, обладающими язычком, и с придаточными корнями, отходящими обычно от тонкого стебля; некоторые ископаемые представители обладали хорошо развитым ризофором. Спорангии располагаются на стебле близ пазухи листа или в пазухе листа. Спорофиллы собраны в стробилы. Гаметофиты однополые, мелкие, развиваются в течении года, не покидая споровой оболочки, за счет запасов питательных веществ, находящихся в споре. Сперматозоиды двужгутиковые. Современные представители входят в род селягинелла (Selaginella), называемый также по-русски плауном. Основным способом размножения селягинелл является бесполое размножение с помощью спор. Стробилы располагаются на концах боковых ветвей. Они либо довольно резко отграничены от остальной части облиственного побега, либо внешне почти неотличимы от нее. Спорофиллы сидят на оси стробила по спирали или накрест супротивно в 4 продольных рядах.
У большинства видов как мегаспорофиллы с мегаспорангиями, так и микроспорофиллы с микроспорангиями находятся в одном и том же стробиле, при этом первые обычно занимают нижнюю, а вторые – верхнюю его часть, реже они располапфются вдоль оси стробила двумя вертикальными рядами или, наконец, размещены без определенного порядка. Мегаспорангии обычно много крупнее микроспорангиев. Мега- и микроспоры, как правило, с трехлучевым тетрадным рубцом, с многослойной и сложно устроенной оболочкой, скульптура поверхности которой очень разнообразна и является хорошим диагностическим признаком. Диаметр микроспор в зависимости от вида варьирует от 20 до 100 мкм, мегаспор – от 100до 1,5 мм. Споры бывают беловатыми, желтоватыми, красноватыми, буроватыми и почти черными. Раскрывание спорангии происходит иногда столь резко, что микроспоры или тетрады микроспор выбрасываются на расстояние до 2 см, а мегаспоры – на расстояние до 10 см. далее споры рассеиваются ветром или водой.
Например, у разных видов рода полушник (Isetes) в мегаспорангиях развивается от 50 до 2350 мегаспор диаметром от 90 до 900 мкм в микроспорангиях – от нескольких тысяч до миллиона микроспор диаметром от 20 до 40 мкм. В отличие от других споровых растений полушник обладает мега- и микроспорами разного морфологического типа мегасапоры трехлучевые, микроспоры билатеральные, однолучевые. Поверхность как мегаспор, так и микроспор бывает очень разнообразной. Самый внешний слой споровой оболочки мегаспор состоит из кремзема, и по высыхании его споры обычно кажутся белыми. Спорангии полушника не имеют какого-либо механизма для вскрывания, стенка их при ежегодном отмирании листьев сгнивает, и споры высвобождаются. Распространяются споры главным образом водой, но в ряде случаев их переносят дождевые черви, через кишечный тракт которых споры, покрытые панцирем из кремнезема, проходят без повреждений. Не исключена также возможность переноса спор земноводных и наземных видов полушника птицами и копытными животными.
Споры прорастают обычно на следующий год после созревания. Мужские и женские гаметофиты полушника редуцированы в еще большей степени по сравнению с соответевующеми гаметофитами селягинелл. Мужской гаметофит состоит из одной проталлиальной клеткии антеридия с однойслойной стенкой из четырех клеток и с четырмя сперматидиями. При созревании гаметофита оболочка споры лопается и освобожддаются 4 многожгутиковых сперматозоида. При развитии женского гаметофита, как и у селагинелл, отмечается стадия свободных ядерных делений. Спустя некоторое время лопнувшая оболочка споры обнажает поверхность незеленого женского гаметофита с архегониями.
После оплодотворения из зиготы развивается зародыш, состоящий из листа, корня и ножки, с помощью которого зародыш высасывает питательные вещества из крахмалоносной ткани гаметофита.первый лист и первый корень пробивают ткань гаметофита и выходят наружу. Молодой спорофит долго остается прикрепленным к женскому гаметофиту.
2.5. Отдел Псилотовидные (Psilotophita)
Среди ныне живущих высших растений совершенно обособленное положение занимает маленький отдел псилотовидные (Psilotophita), в который входят только равноспоровые растения. Споры псилотовых обячно билатерально симметричные, почковидные, с прозрачными оболочками и имеют сетчатую поверхность.
2.6. Отдел Хвощевидные (Equisetophyta)
Подавляющее большинство хвощевидных (Equisetophyta) – равноспоровые растения, и лишь некоторые ископаемые формы были разноспоровые.
2.7. Отдел Папоротниковидные (Polypodiophyta)
В отделе папоротниковидные (Polypodiophyta) только один подкласс сальвинииды (Salviniidae) включает в себя разноспоровые растения. Десять видов современных сальвиний (Salvinia) являются остатками некогда крупного рода, возникшего по-видимому, в мезозое. Сальвинии – мелкие водные папоротники, замечательной чертой которой является разноспоровость. Мужские и женские гаметофиты развиваются из микро- и мегаспор, которые образуются в микро- и мегаспорангиях, заключенных в микро- или мегасорусах. Сорусы образуются на спороносных сегментах погруженного листа. Мегасорусы, обычно на ножках, закладываются первыми у основания сегмента. Микросорусы, как правило, сидячие и размещаются на остальной части сегмента. Все сорусы по форме и величине сходны между собой. Мегасорус состоит из нескольких (до 25) мегаспорангиев, расположенных или одиночно на короткой толстой ножке, или группами на ветвистых ножках. В мегаспорангиях развивается только одна крупная мегаспора. Она остается все время окруженной стенкой спорангия и опадает вместе с ней. Окружающая мегаспору пенистая масса играет роль плавательного приспособления как для мегаспоры, так и для развивающегося женского гаметофита.
В микросорусах сальвинии ушковидной образуется до 500 микроспорангиев. В каждом микроспорангии образуется 32 микроспоры. Микроспоры имеют ясно выраженный трехлучевой рубец. Созревшие микроспоры по 4 погружены в отвердевшую плазматическую массу, называемую массулой. Замечателен тот факт, что ископаемая сальвиния Рейза (Salviniareusii) обладала амфиспорангиатными сорусами с многочисленными микроспорангиями и меньшим числом мегаспорангиев. У современных сальвиний были отмчены случаи развития наряду с нормальными не свойственных им амфиспорангиатных сорусов.
Сорусы созревают и погружаются на дно водоемов. У сальвинии плавающей (однолетнего растения) это происходит осенью. После сгнивания спорангия, поднимаются на поверхность. Микроспоры дают начало сильно редуцированным мужским гаметофитом, а мегаспоры прорастают в более крупные женские. Прорастание спор происходит внутри спорангия. Прорастающая микроспора прорывает стенку спрангия и образует вначале трехклеточный мужской гаметофит. При прорастании мегаспоры ее оболочка разрывается на три лопасти, и зеленый женский гаметофит выступает наружу в виде веера.
2.8. Отдел Голосеменные (Pinophyta)
Растения, относящиеся к отделу голосеменных (Pinophyta) отличаются от всех остальных представителей растительного мира тем, что производят семена. А все семенные растения, как голосеменные, так и цветковые, являются разноспоровыми. Это значит, что споры у них двух разных типов – микроспоры (мужские споры) и мегаспоры (женские споры). Первые дают начало мужскому гаметофиту, а вторые – женскому. В этом отношении семенные растения не отличаются от таких разноспоровых бесеменных растений, как селагинелла, полушник, марсилея или сальвиния. Тем не менее между ними имеются весьма существенные различия.
В то время как у огромного большинства бессеменных высших растений мегаспоры освобождаются из мегаспорангия, у семенных растений их единственная зрелая мегаспора остается постоянно заключенной внутри мегаспорангия и здесь же, внутри мегаспоры, происходит развитие женского гаметофита и процесс оплодотворения. Определенный шаг в этом направлении уже можно наблюдать у разноспоровых бессеменных растений. Так, у некоторых видов селагинеллы мегаспора остается внутри мегаспорангия и после оплодотворения, вплоть до значительного развития зародыша и даже молодого растеньица. Еще больше приближение к семенным растениям наблюдается у некоторых вымерших плауновидных, например у каменноугольных родов миадесмия (Miadesmia) и лепидокарпон (Lepidocarpon), у которых мегаспорангий был окружен покровом из свернувшегося спорофиллоида (или его боковых выростов). Это уже максимальное приближение к семени, но образование это является скорее аналогом, чем гомологом семени. Настоящее семя появляется только у голосеменных, при том значительно раньше, чем у таких растений, как миадесмия и лепидокарпон. В отличие от семенных плауновидных мегаспорангий у семенных растений окружен особым защитным покровом, называемым интегументом. Он умеет совершенно иное происхождение, чем покрывало мегаспорангиев миадесмии или лепитокарбона.
Мегаспорангий с окружающим его энтегументом называется семязачатком или семяпочкой. Это действительно зачаток семени, с которого после оплодотворения развивается семя. Развитие мегаспоры, также как
Пыльцевые зерна у всех саговниковых мелкие, широкоэллиптические, лодочковидные и имеют на дистальной стороне одну борозду.
Например, у рода эфедра (Ephedra), относящийся к классу Гнетовые (Gnetopsida) при прорастании микроспоры отделяется сначала первая проталлиальная клетка. При втором делении образуется ядро второй проталлиальной клетки, но самой клетки не образуется, так ядро это не отделяется перегородкой от ядра антеридиальной клетки. Далее ядро антеридиальной клетки делится, образуя ядро генеративной клетки. Оно образует два ядра, одно из которых дает начало двум спермиям. А цель пыльцевых зерен попасть на женский гаметофит. Когда это произойдет, образуется короткая пыльцевая трубка, которая через шейку архегония достигает яйцеклетки. Спермий, достигнув яйцеклетки, сливается с ней, образуя зародыш.
У представителей подкласса Хвойные (Pinidae) каждая функционирующая материнская клетка микроспор дает начало четырем гаплоидным микроспорам, которые в течение некоторого времени оказываются заключенными внутри оболочки микроспор. Число микроспор обычно очень велико, иногда исключительно большое. Они чрезвычайно легкие, что помогает их распространению ветром. Чрезвычайно своебразной является форма пыльцевых зерен. У большинства представителей семейства сосновых и подокарповых она бобовидная, с двумя выступами – воздушными мешками. Для большинства видов тсуги (Tsuga) типична шарообразная пыльца с одним опоясывающим воздушным мешком. Шарообразные безмешковые пыльцевые зерна имеются у лиственницы.
2.9. Отдел Цветковые (Magnoliphyta)
Цветковые растения представляют собой самый большой отдел растительного мира. От всех остальных отделов высших растений, за исключением голосеменных, цветковые отличаются образованием семени. Представители обоих этих отделов являются растениями семенными, в то время как все остальные отделы являются бессеменными (расселение у них происходит посредством спор, а не семян). От голосеменных же цветковые отличаются прежде всего тем, что семязачатки (семяпочки) у них заключены в более или менее замкнутую полость завязи (образованный одним или несколькими сросшимися плодолистиками). Благодаря тому что семязачатки заключены в полость завязи, пыльца попадает не непосредственно на микропиле семязачатка, а на рыльце. Наличие рыльца является характернейшей особенностью цветковых растений и фактически главным отличием цветка от стробилов голосеменных.
В связи с крайним упрощением гаметофитов цветковых растений и резким сокращением их онтогенеза они утратили гаметангии – антеридии и архегонии. Половое поколение цветковых растений лишилось половых органов. В результате формирования самих гамет, особенно мужских гамет, также ускоряется и они крайне упрощаются.
Эволюция в сторону сокращения стадий развития гаметофитов и ускорения их онтогенеза началась уже среди голосеменных, где некоторые хвойные, а также роды гнетум и вельвичия приблизились к цветковым растениям по степени редукции и строению мужского гаметофита, а гнетум и вельвичия также по лишенному архегониев женскому гаметофиту. Однако гаметофиты цветковых растений достигли максимально возможного упрощения и более ускоренного развития.
Параллельно с дифференциацией клеток стенки микроспорангия происходят события, ведущие к формированию микроспор. В результате ряда последовательных митотических делений из первичных спорогенных клеток образуются микроспороцисты, или материнские клетки микросор. Из каждого микроспороциста в результате меойтического деления образуется тетрада гаплоидных микроспор.
В период между окончанием мейоза и освобождением сестринских спор из каллозовой оболочки протекают процессы формирования спордермы (оболочки микроспор). В тетрадном периоде вокруг протопласта микроспоры прежде всего образуется новая оболочка – примэкзина. Вскоре после начала образования примэкзины начинают выявляться те области спородермы, где формируются специальные места, служащие для выхода пыльцевой трубки, называемые апертурами.
Сформировавшиеся микроспоры освобождаются из тетрады в результате быстрого растворения каллозовой оболочки. Высвободившиеся микроспоры быстро увеличиваются в размерах.
В развитии микроспор очень важную роль играют клетки тапетума. Накапливается всё больше данных, говорящих о том, что тапетум не только служит питательным материалом, но и принимает участие в формировании экзины.
Морфологическая активность цитоплазмы микроспоры заканчивается к началу деления её ядра. У большинства тропических растений ядро микроспоры начинает делится почти сразу же после окончания микроспорогенеза, но у растений умеренного и особенно холодного климата обычно наблюдается перерыв, которых длится от нескольких дней до нескольких недель.
Как известно, оболочка микроспоры состоит из двух главных слоев – экзины и интины. Строение этих двух слоев, также как и их толщина, является важным признаком характеризующим пыльцевые зерна разных растений. Интина представляет собой внутренний слой пыльцевого зерна. Она облегает его содержимое и служит материалом, образующим пыльцевую трубку. Экзина – это внешний слой оболочки пыльцевого зерна.
В экзине пыльцевого зерна имеются эластичные, гибкие, чаще тонкие места, служащие для выхода пыльцевой трубки, - апертуры. Апертуры бывают простые (борозды, щели, поры и др.) и сложные, у которых борозды, поры и прочие образования обладают дополнительной апертурой. Простые апертуры особенно характерны для пыльцы однодольных растений, а также для некоторых приметивных групп двудольных. У двудольных встречаются как сложные, так и простые апертуры.
Пыльца часто бывает собрана в диады, тетрады, поллиады, поллинии.