16.3D: Життєвий цикл покритосперми

Last updated
Save as PDF

Page ID: 5365

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Покритонасінні рослини - це квітучі рослини (сьогодні найпоширеніші та різноманітні рослини на землі). Більшість з них наземні, і всім не вистачає руху. Це створює кілька проблем. Гамети - ніжні поодинокі клітини. Щоб дві рослини перехресно удобрювали, повинен бути механізм, щоб дві гамети безпечно дісталися один до одного. Більше того, також повинен бути механізм розгону свого потомства досить далеко від батьків, щоб їм не довелося конкурувати з батьком за світло, воду та ґрунтові мінерали. Функції квітки вирішують обидві ці проблеми.

Квітка і його запилення

У покритонасінних, мейоз у генерації спорофітів виробляє два види суперечок: (1) мікроспори, які розвиваються в мікроспорангіумі і проростуть і розвиваються у покоління чоловічих гаметофітів і (2) мегаспори, які розвиваються в мегаспорангіумі переросте в жіноче покоління гаметофітів. Обидва види спорангии утворюються в квітках. У більшості покритонасінних рослин квіти ідеальні: у кожного є і мікроспорангія, і мегаспорангія, хоча деякі покритонасінні рослини недосконалі, мають або мікроспорангію, або мегаспорангію, але не обидва.

Однодомні рослини мають обидва види недосконалого квітки на одній рослині.
Дводомні рослини мають недосконалі квіти на окремих рослинях; тобто деякі рослини чоловічі, деякі жіночі. Приклади включають верби, тополі та фінікову пальму. Більшість дводомних рослин використовують X-Y систему визначення статі, як у ссавців. Однак деякі види використовують систему співвідношення Х-аутосом, подібну до дрозофіли, а дуже мало хто використовує систему ZW, як у птахів та лускокрилих.

Квітки розвиваються з квіткових бруньок. Кожен бутон містить 4 концентричних мутовки тканини. Від зовнішнього до внутрішнього вони розвиваються в

мутовка чашолистків (в сукупності називається чашечкою)
мутовка пелюсток (в сукупності називається віночок)
тичинки, в яких утворюється мікроспорангія
карпели, в яких утворюються мегаспорангии.

Тичинки

Кожна тичинка складається з лопатевого пильовика, що містить мікроспорангію і підтримується тонкою ниткою. Мейоз диплоїдних мікроспор материнських клітин в пильовику виробляє чотири гаплоїдні мікроспори. Кожен з них розвивається в пилкове зерно, що складається з більшої вегетативної клітини (також званої трубчастою клітиною), всередині якої знаходиться менша зародкова клітина (також називається генеративною клітиною). У якийсь момент, залежно від виду, статева клітина ділиться мітозом, утворюючи 2 сперматозоїди.

Килими

Карпели складаються з рильця, зазвичай встановленого на кінчику фасону з зав'яззю біля основи. Часто вся мутовка карпелів зливається в єдиний маточок. Мегаспорангії, звані яйцеклітинами, розвиваються всередині яєчника. Мейоз материнської клітини мегаспор в кожній яйцеклітині виробляє 4 гаплоїдні клітини, велику мегаспору і 3 дрібні клітини, які розпадаються.

розвиток мегаспор

Ядро мегаспори піддається трьох послідовних мітотичних відділів. Отримані в результаті 8 ядер розподіляються і розділяються клітинними стінками, утворюючи ембріонний мішок. Це зріле жіноче покоління гаметофітів. Яйцеклітина почне нове покоління спорофітів, якщо вона буде запліднена. Він оточений 2 синергідними осередками. У декількох (можливо, у всіх) покритонасінних рослин вони виділяють аттрактант, який направляє пилкову трубку через мікропіл в ембріонний мішок. Велика центральна клітина, яка в більшості покритонасінних містить 2 полярних ядра, після її запліднення переросте в ендосперм насіння. Він також містить 3 антиподальні клітини.

Запилення

Коли пилкове зерно досягає рильця, воно проростає в пилкову трубку. Якщо це ще не зробило, зародкова клітина ділиться мітозом, утворюючи 2 сперматозоїди. Вони разом з трубчастим ядром (також відомим як вегетативне ядро) мігрують вниз по пилковій трубці, коли вона росте через стиль, мікропіл, і в яйцеклітину.

В арабідопсисі пилкова трубка слідує за градієнтом збільшення концентрації невеликого дефензин-подібного білка, що виділяється синергідами. Пилкова трубка з її вмістом становить зріле чоловіче покоління гаметофітів.

Подвійне запліднення

Пилкова трубка потрапляє в яйцеклітину через мікропіл і розривається. Одна сперматозоїд зливається з яйцеклітиною, утворюючи диплоїдну зиготу. Інша сперматозоїд зливається з полярними ядрами, утворюючи ядро ендосперму. Більшість покритонасінних рослин мають два полярних ядра, тому ендосперм триплоїдний (3n). Ядро трубки розпадається.

Більшість покритонасінних рослин мають механізми, за допомогою яких вони уникають самозапліднення.

Насіння

Після подвійного запліднення кожна яйцеклітина розвивається в насіння, яке складається з

плюмул, що складається з двох зародкових листя, які стануть першими справжніми листям саджанця, і кінцевої (верхівкової) бруньки. Кінцева брунька містить меристему, при якій пізніше відбувається зростання стебла.
Одна або дві сім'ядолі, які зберігають їжу, яка буде використовуватися проростаючим саджанцем. Покритонасінні, які виробляють насіння з двома сім'ядолями, називаються дводольними. Приклади включають боби, кабачки, арабідопсис. Покритонасінні рослини, насіння яких містять лише одну сім'ядоль, є монокотами. Приклади включають кукурудзу та інші трави.
Гіпокотил і радикул, які виростуть в частину стебла нижче першого вузла («гіпокотил» = нижче сім'ядолі) і первинний корінь відповідно. Розвиток кожної з частин зародка рослини залежить від градієнтів рослинного гормону, ауксину.
Крім рослини-ембріона (отриманого від зиготи), кожне насіння покрито захисними насіннєвими оболонками, отриманими зі стінок яйцеклітини.

Їжа в сім'ядолі отримується з ендосперму, який, в свою чергу, отримав його від батьківського спорофіта. У багатьох покритонасінних (наприклад, бобах), коли насіння дозрівають, ендосперм повністю споживається, а його їжа переноситься на сім'ядолі. У інших (одних дводольних і всіх монокотів) ендосперм зберігається в зрілому насінні.

Таким чином, насіння є спорофітом спорофіту сплячого ембріона із збереженою їжею та захисними оболонками. Дві його функції:

розгін виду на нові місця (за допомогою покритонасінних плодів)
виживання виду в несприятливі кліматичні періоди (наприклад, взимку). «Однорічні» рослини (наприклад, квасоля, злакові зерна, багато бур'янів) можуть пережити заморожування лише як насіння. Коли батьки помирають восени, насіння залишаються живими - хоча і сплячими - протягом зими. Коли умови стають ще більш сприятливими, відбувається проростання і розвивається нове покоління рослин.

Фрукти

Плоди - це розвиток стінки зав'язі, а іноді і інших квіткових частин. У міру дозрівання насіння вони виділяють гормон ауксин, який стимулює стінку зав'язі розвиватися в плід. Насправді комерційні виробники плодів можуть стимулювати розвиток плодів у незапилених квітах, застосовуючи синтетичний ауксин до квітки.

Плоди сприяють розгону їх змісту насіння різними способами.

Вітер. Кленовий «ключ» і парашут кульбаби - приклади.
Вода. Багато водних покритонасінних рослин і мешканців берегів (наприклад, кокосової пальми) мають плаваючі плоди, які переносяться водними потоками в нові місця.
Автостопом. Нетреба і палички-колготки досягають розгону свого насіння, приклеюючи до шерсті (або одягу) проїжджаючого тварини.
Їстівні плоди. Горіхи і ягоди заманюють тварин поїсти їх. Поховані і забуті (горіхи) або проходячи через їх g.i. тракт неушкодженими (ягодами), насіння можуть опинитися на деякій відстані від материнської рослини.
Механічні. Деякі плоди, у міру висихання, вибухонебезпечно розкриваються, виганяючи насіння. Стручки багатьох бобових (наприклад, гліцинії) роблять це.