Процесс двойного оплодотворения у растений

Двойное оплодотворение необходимо цветковым растениям для того, чтобы завязались семена. У голосеменных видов процесс образования семян происходит несколько по-другому. В результате эволюции покрытосеменные представители флоры, обретя механизм двойного оплодотворения, получили некоторые преимущества перед другим типом растительности.

Преимущества двойного оплодотворения

Двойное оплодотворение у растений возникло в ходе эволюционного процесса и обеспечило им сразу несколько преимуществ. Цветковые виды получили возможность формировать запас питания зародыша на самых ранних стадиях его развития. В то время как у голосеменных растений на этот процесс уходит большое количество ресурсов, семяпочки не имеют запаса питательных веществ.

При двойном оплодотворении триплоидный эндосперм развивается быстрее и происходит его развитие только в том случае, если сформировался семенной зародыш. У голосеменных растений процесс происходит совсем по-другому, они расходуют ресурсы на построение эндосперма даже тогда, когда зародыш отсутствует.

Двойное оплодотворение у покрытосеменных растений

В процессе оплодотворения цветковых (покрытосеменных) растений задействован женский гаметофит, состоящий из зародышевого мешка, находящегося в пестике и мужской гаметофит – пыльца, формирующаяся в пыльнике.

Формирование мужских гамет

Строительным материалом для мужского гаметофита становятся стволовые клетки, которые начинают делиться и образуют гаплоидные микроспоры. Позже микроспоры преобразуются в пыльцевое зерно. Сверху такое зернышко покрыто двойной оболочкой, защищающей его от внешних воздействий.

Внутри заключены вегетативная и генеративная клетки. Пыльца окончательно созревает в пыльниках к моменту распускания цветков. На заключительном этапе оболочка пыльцевой камеры разрывается, пыльца высыпается наружу.

Формирование женских гамет

Формирование женских гамет происходит в пестике. Здесь образуются семязачатки, количество которых у разных растений варьируется. Формирование семязачатка происходит из выростов стенки завязи. Внутри семязачатка происходит формирование гаплоидной мегаспоры и 3 направленных телец, которые позже отмирают.

Через процесс деления ядра мегаспоры происходит формирование зародышевого мешка. Созревший гаметофит женского пола представляет собой образование, состоящее из 6 гаплоидных клеток и 1 диплоидной.

Процесс опыления

В процессе опыления пыльца тем или иным способом переносится на рыльце пестика. По способу опыления растения делятся на 2 группы. У самоопыляющихся видов опыление происходит пыльцой этого же цветка. Перекрестное опыление подразумевает перенос пыльцевых зерен с одного раскрывшегося бутона на другой.

Опылению цветков помогает ветер, пыльцу могут переносить насекомые и животные. При выращивании культурных растений опыление иногда приходится проводить искусственно.

Последовательность двойного оплодотворения

Женские и мужские гаметофиты участвуют в выработке ферментов и гормонов, необходимых для оплодотворения. В рыльце пестика содержится аминокислота триптофан, а в пыльце – фермент, преобразующий ее в гормон роста ауксин. Когда пыльца попадает на пестик, запускаются процессы, способствующие прорастанию пыльцы, что приводит к образованию пыльцевой трубки.

Дальше последовательность такова:

1. Генеративная клетка делится, образуя два спермия.
2. Спермии перемещаются по сформированной пыльцевой трубке постепенно, в процессе ее роста.
3. Диаметр трубки увеличивается от рыльца к завязи.
4. Достигнув завязи, пыльцевая трубка проникает в семязачаток, а затем в зародышевый мешок.
5. После этого головка пыльцевой трубки разрывается, выпуская в зародышевый мешок спермии.
6. Один спермий сливается с яйцеклеткой, а второй с центральной диплоидной клеткой зародышевого мешка.

В дальнейшем эти клеточные образования участвуют в формировании семени.

Одновременно с оплодотворением в тканях происходит синтез ауксина, что приводит к росту завязи и дальнейшему формированию плодов и семян. Период между опылением и оплодотворением может составлять от 15 минут до нескольких часов, дней и даже месяцев. Открыл процесс двойного оплодотворения и подробно описал его русский ботаник С. Г. Навашин.

Покрытосеменные цветковые растения – это самая многочисленная группа. Их отличительной особенностью является наличие околоплодника вокруг семян. Согласно классификации покрытосеменные виды делятся на однодольные и двудольные. Примеры таких растений – лилейные, злаковые, пасленовые, крестоцветные, розоцветные, бобовые, сложноцветные.

Отсутствие двойного оплодотворения у голосеменных растений

Группа голосеменных растений включает небольшое число видов. Приставку голо- они получили из-за того, что семена формируются в семяпочках, лежащих на поверхности, а не скрытых. Голосеменные виды не имеют замкнутых вместилищ для семян. В эту группу входят хвойные деревья и кустарники (ель, туя, сосна, можжевельник).

Для голосеменных видов не характерно двойное оплодотворение. Процесс опыления в данном случае происходит исключительно с помощью ветра. Этому предшествует формирование на растении мужских и женских шишек. На женских шишках созревают семязачатки, а на мужских образуются пыльцевые мешочки, в которых зреет пыльца.

После того как пыльцевые зерна вместе с ветром попадают на женскую шишку, происходит опыление. Чешуйки склеиваются смолой и закрываются. Процесс созревания спермиев занимает около года. В результате один из них сольется с яйцеклеткой, а другой погибнет. Приблизительно через 1,5 года шишка меняет свою окраску и деревенеет, а затем раскрывается, выпуская наружу семена. От момента опыления до момента выпадения семян проходит 2-3 года.

С помощью возникновения механизма двойного оплодотворения природа усовершенствовала процесс размножения цветковых растений, сделав его максимально быстрым. Голосеменные виды стоят на более низкой эволюционной ступени, процесс формирования семян протекает у них намного медленнее.