Жизненные циклы и гаметогенез у растений

ЭЛЕМЕНТЫ СОДЕРЖАНИЯ, ПРОВЕРЯЕМЫЕ НА ЕГЭ
2.7 Клетка – генетическая единица живого.
Хромосомы, их строение (форма и размеры) и функции. Число хромосом и их видовое постоянство.
Соматические и половые клетки. Жизненный цикл клетки: интерфаза и митоз.
Митоз – деление соматических клеток. Мейоз. Фазы митоза и мейоза. Развитие половых клеток у растений и животных. Деление клетки – основа роста, развития и размножения организмов. Роль мейоза и митоза

В жизненных циклах организмов, размножающихся половым способом, выделяют две фазы – гаплоидную и диплоидную. Относительная продолжительность этих фаз варьируется у представителей различных групп живых организмов. Так, у простейших и грибов преобладает гаплоидная фаза, а у высших растений и животных – диплоидная.

Удлинение диплоидной фазы в ходе эволюции объясняется преимуществами диплоидного состояния перед гаплоидным. Благодаря гетерозиготности и рецессивности в диплоидном состоянии сохраняются и накапливаются разнообразные аллели. Это повышает объем генетической информации в генофондах популяций и видов, ведет к образованию резерва наследственной изменчивости, что перспективно для дальнейшей эволюции. В то же время у гетерозигот вредные рецессивные аллели не оказывают влияния на развитие фенотипа и не снижают жизнеспособности организмов.

ТЕРМИНЫ
Спорофит — диплоидная многоклеточная фаза в жизненном цикле, развивающаяся из оплодотворенной яйцеклетки или зиготы и производящая споры.
Гаметофит — гаплоидная фаза в жизненном цикле, развивающаяся из спор и производящая половые клетки (гаметы).
Спора-всегда гаплоидна, развивается на спорофите, всегда путем мейоза.
Гамета – всегда гаплоидна, развивается на гаплоидном гаметофите.

ТЕРМИНЫ
После слияния гамет (n) образуется зигота с диплоидным набором хромосом (2n), а из неё развивается путём митоза бесполое поколение – спорофит (2n). В специальных органах - спорангиях (2n) спорофита (2n) после мейоза образуются гаплоидные споры (n), при делении которых митозом развиваются новые гаметофиты (n).

Обобщенная схема жизненного цикла растения, у которого наблюдается чередование поколений
мейоз

В жизненном цикле зелёных водорослей преобладает гаметофит (n), то есть клетки их слоевища гаплоидны (n). При наступлении неблагоприятных условий (похолодание, пересыхание водоёма) происходит половое размножение – образуются гаметы (n), которые попарно сливаются в зиготу (2n). Зигота (2n), покрытая оболочкой зимует, после чего при наступлении благоприятных условий делится мейозом с образованием гаплоидных спор (n), из которых развиваются новые особи (n).
ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ ОДНОКЛЕТОЧНОЙ ЗЕЛЕНОЙ ВОДОРОСЛИ ХЛАМИДОМОНАДЫ

споры
зигота
гаметы
гаметы
2n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
благоприятные
условия
неблагоприятные
условия
Взрослая особь (n) – митоз – гаметы (n) – оплодотворение – зигота (2n) – мейоз – споры (n) – митоз – новые особи (n).
ЧЕРЕДОВАНИЕ ПОКОЛЕНИЙ У ХЛАМИДОМОНАДЫ

бесполое
половое
неблагоприятные
условия
благоприятные
условия
Чередование поколений у водорослей
2n
2n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n

ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ МНОГОКЛЕТОЧНОЙ ЗЕЛЕНОЙ ВОДОРОСЛИ УЛОТРИКСА

ПРАКТИКУМ
Задача 1. Какой набор хромосом характерен для клеток слоевища улотрикса и для его гамет? Объясните, из каких исходных клеток и в результате, какого деления они образуются.
Ответ:
1.В клетках слоевища гаплоидный набор хромосом (n), они развиваются из споры с гаплоидным набором хромосом (n) путём митоза.
2.В гаметах гаплоидный набор хромосом (n), они образуются из клеток слоевища с гаплоидным набором хромосом (n) путём митоза.
Задача 2. Какой набор хромосом характерен для зиготы и для спор зелёных водорослей? Объясните, из каких исходных клеток и как они образуются.
Ответ:
1.В зиготе диплоидный набор хромосом (2n), она образуется при слиянии гамет с гаплоидным набором хромосом (n).
2.В спорах гаплоидный набор хромосом (n), они образуются из зиготы с диплоидным набором хромосом (2n) путём мейоза.

ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ МХОВ (КУКУШКИН ЛЁН).
У мхов в цикле развития преобладает половое поколение (n). Листостебельные растения мхов – раздельнополые гаметофиты (n). На мужских растениях (n) формируются антеридии (n) со сперматозоидами (n), на женских (n) – архегонии (n) с яйцеклетками (n). С помощью воды (во время дождя) сперматозоиды (n) попадают к яйцеклеткам (n), происходит оплодотворение, возникает зигота (2n). Зигота находится на женском гаметофите (n), она делится митозом и развивается спорофит (2n) – коробочка на ножке. Таким образом, спорофит (2n) у мхов живёт за счёт женского гаметофита (n).
В коробочке спорофита (2n) путём мейоза образуются споры (n). Из спор (n) путём митоза развиваются сначала предростки (протонема), а затем взрослые растения (n).

ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ МХОВ (КУКУШКИН ЛЕН)

n
2n
2n
n
n
n
спора
спорофит
спорофит
гаметофит
гаметофит
гаметофит
Чередование поколений у мохообразных
бесполое
половое

ПРАКТИКУМ
Задача 3. Какой хромосомный набор характерен для гамет и спор кукушкина льна? Объясните, из каких исходных клеток и в результате, какого деления они образуются.
Ответ:
1.В гаметах мха кукушкина льна гаплоидный набор хромосом (n), они образуются из антеридиев (n) и архегониев (n) мужского и женского гаметофитов с гаплоидным набором хромосом (n) путём митоза.
2.В спорах гаплоидный набор хромосом (n), они образуются из клеток спорофита - коробочки на ножке с диплоидным набором хромосом (2n) путём мейоза.
Задача 4. Какой хромосомный набор характерен для клеток листьев и коробочки на ножке кукушкина льна? Объясните, из каких исходных клеток и в результате, какого деления они образуются.
Ответ:
1.В клетках листьев кукушкина льна гаплоидный набор хромосом (n), они, как и всё растение, развиваются из споры с гаплоидным набором хромосом (n) путём митоза.
2. В клетках коробочки на ножке диплоидный набор хромосом (2n), она развивается из зиготы с диплоидным набором хромосом (2n) путём митоза.

ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ ПАПОРОТНИКОВ.
У папоротников (также хвощей, плаунов) в жизненном цикле преобладает спорофит (2n). На нижней стороне листьев растения (2n) развиваются спорангии (2n), в которых путём мейоза образуются споры (n). Из споры (n), попавшей во влажную почву, прорастает заросток (n) – обоеполый гаметофит. На его нижней стороне развиваются антеридии (n) и архегонии (n), а в них путём митоза образуются сперматозоиды (n) и яйцеклетки (n). С капельками росы или дождевой воды сперматозоиды (n) попадают к яйцеклеткам (n), образуется зигота (2n), а из нее – зародыш нового растения (2n).

ПРАКТИКУМ
Задача 5. Какой хромосомный набор характерен для листьев (вай) и заростка папоротника? Объясните, из каких исходных клеток и в результате, какого деления образуются эти клетки.
Ответ:
1.В клетках листьев папоротника диплоидный набор хромосом (2n), так они, как и всё растение, развиваются из зиготы с диплоидным набором хромосом (2n) путём митоза.
2. В клетках заростка гаплоидный набор хромосом (n), так как заросток образуется из гаплоидной споры (n) путём митоза.

ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ ГОЛОСЕМЕННЫХ РАСТЕНИЙ (СОСНА).
Листостебельное растение голосеменных растений – спорофит (2n), на котором развиваются женские и мужские шишки (2n).
На чешуйках женских шишек расположены семязачатки – мегаспорангии (2n), в которых путём мейоза образуются 4 мегаспоры (n), 3 из них погибают, а из оставшейся – развивается женский гаметофит – эндосперм (n) с двумя архегониями (n). В архегониях образуются 2 яйцеклетки (n), одна погибает.
На чешуйках мужских шишек располагаются пыльцевые мешки – микроспорангии (2n), в которых путём мейоза образуются микроспоры (n), из них развиваются мужские гаметофиты – пыльцевые зёрна (n), состоящие из двух гаплоидных клеток (вегетативной и генеративной) и двух воздушных камер.
Пыльцевые зёрна (n) (пыльца) ветром переносятся на женские шишки, где митозом из генеративной клетки (n) образуются 2 спермия (n), а из вегетативной (n) – пыльцевая трубка (n), врастающая внутрь семязачатка и доставляющая спермии (n) к яйцеклетке (n). Один спермий погибает, а второй участвует в оплодотворении, образуется зигота (2n), из которой митозом формируется зародыш растения (2n).
В результате из семязачатка формируется семя, покрытое кожурой и содержащее внутри зародыш (2n) и эндосперм (n).

2n
2n
2n
2n
2n
n
n
n
2n
n
2n
пыльца
яйцеклетка

ПРАКТИКУМ
Задача 6. Какой хромосомный набор характерен для клеток пыльцевого зерна и спермиев сосны? Объясните, из каких исходных клеток и в результате, какого деления образуются эти клетки.
Ответ:
1.В клетках пыльцевого зерна гаплоидный набор хромосом (n), так как оно образуется из гаплоидной микроспоры (n) путём митоза.
2.В спермиях гаплоидный набор хромосом (n), так как они образуются из генеративной клетки пыльцевого зерна с гаплоидным набором хромосом (n) путём митоза.
Задача 7. Какой хромосомный набор характерен для мегаспоры и клеток эндосперма сосны? Объясните, из каких исходных клеток и в результате, какого деления образуются эти клетки.
Ответ:
1.В мегаспорах гаплоидный набор хромосом (n), так как они образуются из клеток семязачатка (мегаспорангия) с диплоидным набором хромосом (2n) путём мейоза.
2.В клетках эндосперма гаплоидный набор хромосом (n), так как эндосперм формируется из гаплоидных мегаспор (n) путём митоза.

ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ ПОКРЫТОСЕМЕННЫХ РАСТЕНИЙ.
Покрытосеменные растения являются спорофитами (2n). Органом их полового размножения является цветок.
В завязи пестиков цветка находятся семязачатки – мегаспорангии (2n), где происходит мейоз и образуются 4 мегаспоры (n), 3 из них погибают, а из оставшейся – развивается женский гаметофит – зародышевый мешок из 8 клеток (n), одна из них – яйцеклетка (n), а две сливаются в одну – крупную (центральную) клетку с диплоидным набором хромосом (2n).
В микроспорангиях (2n) пыльников тычинок путём мейоза образуются микроспоры (n), из которых развиваются мужские гаметофиты – пыльцевые зёрна (n), состоящие из двух гаплоидных клеток (вегетативной и генеративной).
После опыления из генеративной клетки (n) образуются 2 спермия (n), а из вегетативной (n) – пыльцевая трубка (n), врастающая внутрь семязачатка и доставляющая спермии (n) к яйцеклетке (n) и центральной клетке (2n) . Один спермий (n) сливается с яйцеклеткой (n) и образуется зигота (2n), из которой митозом формируется зародыш растения (2n). Второй спермий (n) сливается центральной клеткой (2n) с образованием триплоидного эндосперма (3n). Такое оплодотворение у покрытосеменных растений называется двойным.
В результате из семязачатка формируется семя, покрытое кожурой и содержащее внутри зародыш (2n) и эндосперм (3n).

1 — макроспороцит;
2 — диада;
3 — тетрада; макроспор;
4 — 1-ядерный мешок и три отмирающие макроспоры;
5 — 2-ядерный мешок;
6 — 4-ядерный мешок;
7 — телофаза третьего митоза,
8-ядерный мешок;
8 - зрелый зародышевый мешок;
с — синергиды,
я — яйцеклетка,
пя — полярные ядра,
ан — антиподы.
Схема развития зародышевого мешка (женского гаметофита)
мейоз
2n
2n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
4n
мейоз
мейоз
митоз
митоз
митоз

Микроспора
Начало образования пыльцевого зерна
ВК – вегетативная клетка
ГК – генеративная клетка
3. Зрелое пыльцевое зерно (мужской гаметофит)
ВК – вегетативная клетка (2n)
ГН – генеративные клетки (1n + 1n)
ВК
ГК
3
ВК
ГК
2n
n
n
2n
2n
тычинка
тычиночная нить
пыльник

МИКРОСПОРОГЕНЕЗ И МЕГАСПОРОГЕНЕЗ, ДВОЙНОЕ ОПЛОДОТВОРЕНИЕ ПОКРЫТОСЕМЕННОГО РАСТЕНИЯ
женский гаметофит
(зародышевый мешок или женский заросток)
мужской гаметофит
(пыльцевое зерно)
спермии
n+n
яйцеклетка
n
вегетативная (центральная)
клетка (ядро)
2n (n+n)
2n
n
митоз
мейоз
n
n
n
n
2n
2n
n
n
2n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n
2n
n
n
n
n
n
n
n
n
митоз
мейоз
митоз
митоз
митоз