Цветковое растение: пыльца, двойное оплодотворение и развитие семени
Опыление, два слияния клеток, образование зародыша и семени — разные события. Пройдём их в правильном порядке, сопоставим зародыш и эндосперм и разберём, как гены, гормоны и среда влияют на развитие растения.
Федеральная программа · углублённый уровень · 10 класс
Размножение и развитие организмов
Элементы программы, раскрываемые в этом уроке:
- Органы размножения цветкового растения
- Образование микро- и мегаспор
- Мужской и женский гаметофиты
- Опыление и рост пыльцевой трубки
- Двойное оплодотворение С. Г. Навашина
- Зигота и эндосперм
- Формирование семени и плода
- Развитие зародыша растения
- Регуляция онтогенеза генами, гормонами и условиями среды
- Лабораторное изучение органов размножения и семян
Как это устроено
Микро- и мегаспоры возникают при мейозе в разных структурах спорофита. Из микроспоры развивается мужской гаметофит — пыльцевое зерно; из мегаспоры — женский гаметофит, или зародышевый мешок, внутри семязачатка. Гаметы формируются уже в гаплоидной гаметофитной линии. Поэтому пыльца не является одной мужской гаметой, а весь семязачаток — не яйцеклеткой. Для точной схемы подписывайте границы спорофитных и гаметофитных тканей.
При опылении пыльца достигает рыльца, но должна быть совместима и пройти последующие этапы. Пыльцевая трубка растёт через ткани пестика и доставляет две мужские гаметы к зародышевому мешку. В типичной схеме одна сливается с яйцеклеткой и даёт зиготу 2n; другая — с центральной клеткой, часто содержащей два гаплоидных ядра, и даёт первичную клетку эндосперма 3n. С. Г. Навашин открыл двойное оплодотворение у цветковых. У отдельных покрытосеменных строение женского гаметофита и плоидность эндосперма бывают иными, поэтому слово «всегда 3n» слишком сильное.
После оплодотворения зигота делится и даёт зародыш растения, семязачаток превращается в семя, а ткани завязи участвуют в формировании плода. Семенная кожура происходит из покровов семязачатка и имеет материнское спорофитное происхождение, поэтому не равна клеткам самого зародыша. Плод и семя — разные уровни организации: в типичном плоде могут находиться несколько семян. У голосеменных, например сосны, есть семена, но нет плода цветкового типа и нет описанного здесь двойного оплодотворения.
Дальнейший онтогенез растения регулируется взаимодействием генов, гормонов и среды. Прорастание зависит от воды, доступности кислорода, подходящей температуры и особенностей вида; свет может быть значим для одних семян и не обязателен для других. Ауксин, гиббереллины, абсцизовая кислота и другие сигналы действуют не отдельными универсальными кнопками, а в сетях. При опыте по прорастанию меняют один фактор, учитывают жизнеспособность семян и повторения, а отсутствие всходов не объясняют автоматически «плохой наследственностью».
Словарь урока
Каждое понятие — с примером
- Цветок
Репродуктивный орган покрытосеменного растения, включающий в разных сочетаниях структуры образования гамет, их переноса и защиты.
Пример: В пыльнике тычинки формируется пыльца, а в семязачатке завязи развивается женский гаметофит.
- Микроспора
Гаплоидная спора, из которой в семенном растении развивается мужской гаметофит.
Пример: Микроспоры пыльника после мейоза развиваются в пыльцевые зерна.
- Мегаспора
Гаплоидная спора, дающая женский гаметофит семенного растения.
Пример: В семязачатке типичного цветкового растения одна из мегаспор продолжает развитие зародышевого мешка.
- Зародышевый мешок
Женский гаметофит цветкового растения внутри семязачатка, содержащий яйцеклетку и другие клетки или ядра в зависимости от стадии и вида.
Пример: Центральная клетка типичного зародышевого мешка участвует во втором событии двойного оплодотворения.
- Пыльцевое зерно
Мужской гаметофит цветкового растения или его стадия, возникшая из микроспоры.
Пример: На рыльце подходящего цветка зерно может прорасти и образовать пыльцевую трубку.
- Опыление
Перенос пыльцы к структуре, где возможно её дальнейшее прорастание; сам перенос не равен слиянию гамет.
Пример: Пыльца попала на рыльце цветка, но оплодотворение ещё не произошло.
- Пыльцевая трубка
Вырост мужского гаметофита, доставляющий мужские половые клетки к женскому гаметофиту внутри семязачатка.
Пример: После совместимого опыления трубка может прорасти через ткани пестика к семязачатку.
- Двойное оплодотворение
Характерная для покрытосеменных последовательность двух слияний: одна мужская гамета с яйцеклеткой, другая — с центральной клеткой женского гаметофита.
Пример: В типичном случае образуются диплоидная зигота и первичная клетка триплоидного эндосперма.
- Эндосперм
Ткань семени покрытосеменного, часто питающая зародыш и возникающая после второго события двойного оплодотворения; её плоидность и судьба могут различаться у видов.
Пример: У злаков зрелый эндосперм составляет значительную часть зерновки.
- Семя
Структура семенного растения, возникающая из семязачатка и содержащая зародыш, покровы и запас либо источник питания в разных сочетаниях.
Пример: Семя фасоли содержит зародыш и семенную кожуру; большая часть запаса находится в семядолях.
- Плод
Структура покрытосеменного, формирующаяся с участием завязи и иногда других частей цветка и связанная с защитой и распространением семян.
Пример: Боб гороха развивается из завязи и содержит семена, но у сосны плода нет.
- Покой семени
Состояние, при котором жизнеспособное семя не прорастает до сочетания подходящих внутренних и внешних условий.
Пример: Для части видов изменение влажности или температуры влияет на выход из покоя.
Пример по шагам
В модели цветкового растения пыльца уже на рыльце, но зародыш ещё не образовался. Какие события должны последовать и что даст второе слияние?
- Совместимое зерно прорастает; пыльцевая трубка доставляет две мужские гаметы к зародышевому мешку.
- Одна мужская гамета сливается с яйцеклеткой, образуя зиготу — начало зародыша.
- Вторая сливается с центральной клеткой и обычно даёт начало эндосперму; затем формируются семя и плод.
Вывод: Опыление предшествует оплодотворению, а два слияния имеют разные продукты.
Практическая работа
Органы размножения и прорастание без генетических опытов
- На готовом препарате цветка и разрезе зрелого семени подпишите видимые органы, покровы, зародыш и запасные ткани, различая видимое от известного из схемы происхождения.
- Сравните готовые фотографии семени гороха и зерновки злака, отмечая, где расположен запас.
- На обезличенных данных прорастания при двух температурах сравните доли проросших семян, не выводя по одной серии генетическую причину.
Что можно заключить: Строение семени и результат прорастания следует связывать с жизненным циклом и условиями, но не смешивать с прямым наблюдением двойного оплодотворения.
Безопасность: Не используйте протравленные сельскохозяйственные семена, не пробуйте лабораторные образцы на вкус; при аллергии на пыльцу работайте с фотографиями.
Практическая работа
Строение органов размножения высших растений
- На готовых безопасных образцах или изображениях сравните сорус папоротника, шишку хвойного и цветок покрытосеменного растения; укажите вид и масштаб.
- Подпишите структуры, несущие споры или семязачатки, и отдельно отметьте, где образуется семя и есть ли завязь; не называйте шишку цветком.
- Постройте таблицу различий по структуре и жизненному циклу; объясните, почему наличие спор у папоротника не означает отсутствие половой стадии.
Что можно заключить: Органы размножения крупных групп растений различаются, но их сравнение требует учёта всего цикла, а не только видимого образца.
Безопасность: Не собирайте редкие растения и не вдыхайте споровую пыль; используйте подготовленные учителем образцы или цифровые изображения.
Попробуйте сами
Запишите своё решение, затем сравните его с разбором. Развёрнутые ответы автоматически не оцениваются.
Открываем задания…
Сверка содержания
Раздел и элементы содержания сверены с федеральной программой. Текст и учебные схемы созданы для Умблика; схема не передаёт реальные размеры.