La actividad vital de un organismo vivo es imposible sin la reproducción. A través de la reproducción se produce un aumento del número de individuos en el reino vegetal. Hay tres formas de reproducción de las plantas: vegetativa, asexual y sexual.
La reproducción sexual es fundamentalmente diferente de la reproducción vegetativa y asexual. El proceso sexual en el mundo de las plantas es extremadamente diverso y, a menudo, muy complejo, pero esencialmente se reduce a la fusión de dos células sexuales (gametos), masculina y femenina.
Los gametos ocurren en ciertas células u órganos de las plantas. En algunos casos, los gametos tienen el mismo tamaño y forma, y ambos son móviles debido a la presencia de flagelos (isogamia); a veces difieren algo entre sí en tamaño (heterogamia). Pero más a menudo, con la llamada oogamia, los tamaños de los gametos son muy diferentes: el gameto masculino, llamado espermatozoide, es pequeño, móvil, y la hembra, el óvulo, es inmóvil y grande.
El proceso de fusión de los gametos se denomina fecundación. Los gametos tienen un juego de cromosomas en su núcleo, y en la célula formada después de la fusión de los gametos, que se llama cigoto, el número de cromosomas se duplica. El cigoto germina y da lugar a una nueva planta.
El proceso sexual se lleva a cabo en las plantas en un momento determinado y en una determinada etapa de su desarrollo, durante el cual la planta también puede reproducirse asexualmente (con formación de esporas) y vegetativamente.
La reproducción sexual surgió en el mundo vegetal en el proceso de evolución.
La reproducción sexual de las plantas (reproducción por semillas) se utiliza en horticultura cuando se cultivan portainjertos (plántulas), raramente cuando se propagan algunas frutas con hueso (albaricoque, melocotón, a veces cereza) y en gran escala cuando se crían nuevas variedades por cruce.
La fecundación se produce en la flor de la planta. Las flores aparecen cuando la planta está lo suficientemente desarrollada y alcanza un cierto período de vida. Una flor es un brote con entrenudos acortados, cuyas hojas han cambiado y se han convertido en partes separadas de la flor unidas al receptáculo, que es un tallo acortado. La flor suele tener un pedicelo, que es la parte inferior del brote floral.
Para las plantas con semillas, es característico que las megasporas, que se forman una a la vez en los megasporangios, permanezcan con ellos en la planta madre; allí tiene lugar la germinación de las megasporas, el desarrollo del gametofito femenino, la fertilización por los gametos masculinos que se desarrollan en la microspora en germinación, transferidos de una forma u otra a los megasporangios o a la hoja que los produce, la megasporofila. Inmediatamente después de la fertilización, comienza el desarrollo a partir del cigoto de una nueva planta, el esporofito, y, a diferencia de los helechos y otros, los megasporangios conservados y modificados se convierten en una semilla que contiene el embrión y las reservas de nutrientes para su posterior desarrollo. Esta semilla, habiéndose separado de la planta madre, en su mayoría, después de un cierto período de latencia (un descanso en el desarrollo), germina en una nueva planta. Para la dispersión, distribución, las plantas no son, por lo tanto, esporas, como en las típicas plantas de esporas, sino semillas; no hay reproducción asexual por esporas, la alternancia de generaciones no se expresa claramente y sólo se revela mediante estudios morfológicos y citológicos comparativos.
Las esporofilas de las angiospermas, muy apretadas en los extremos de los brotes y en su mayoría rodeadas de hojas apicales aún metamorfoseadas, forman una flor junto con ellos; podemos caracterizarlo como un brote corto, cuyas hojas se metamorfosean en relación con la reproducción sexual que tiene lugar aquí en la flor. Las esporofilas se diferencian claramente en microsporofilas que producen microsporas y megasporofilas que producen megasporas; en un conocimiento superficial, parece que realizan funciones sexuales. Debido al desvanecimiento de la alternancia de generaciones y la fuerte reducción de gametofitos que no llevan un estilo de vida independiente, resulta que la planta misma, el esporofito, se reproduce sexualmente. Por lo tanto, a menudo, pero de manera incorrecta, una flor se denomina órgano de reproducción sexual de las plantas, microsporofilas, órganos genitales masculinos, megasporofilas, órganos genitales femeninos. Desde el punto de vista de la morfología comparativa y la homologación de partes individuales de la flor, esto es incorrecto.
La terminología de las partes individuales de la flor se desarrolló en un momento en que la homologación de las partes de la flor con los órganos correspondientes de las plantas de esporas superiores estaba fuera de cuestión (por primera vez tal homologación se llevó a cabo en los trabajos del destacado alemán botánico Hofmeister en los años 50 del siglo pasado). Por lo tanto, partes de la flor recibieron nombres especiales, que se conservan por costumbre y en la actualidad. Las microsporofilas se denominan estambres, los microsporangios son nidos de polen, las microsporas son partículas de polvo, las megasporofilas son carpelos, el megasporangio es un óvulo y el crecimiento femenino es un saco embrionario. Las hojas apicales, donde rodean a las esporófilas, se denominan perianto, y en muchas plantas se subdividen en un cáliz externo, generalmente verde, y una corola interna, generalmente más grande y de diferente color.
Reproducción sexual de las angiospermas
Germinación del polen. El polen que madura en las anteras se parece a pequeños granos. Por lo tanto, recibió el nombre de grano de polen. Una vez en el estigma del pistilo, el grano de polen comienza a germinar y forma un tubo largo: el tubo polínico.
Poco a poco, la trompa pasa entre las células del estigma, el estilo y llega al óvulo.
A diferencia del polen de las plantas polinizadas por insectos, que tiene una variedad de espinas y excrecencias, el polen de las plantas polinizadas por el viento es pequeño, liviano y suave. ¿Cómo se mantiene en el estigma del pistilo y no se lo lleva el viento, ni lo arrojan los insectos que corretean por la flor? Resulta que el estigma del mortero secreta una sustancia pegajosa y azucarada que hace que el polen se adhiera al mortero. También se cree que el pistilo segrega cierta sustancia que es específica del polen de una determinada especie vegetal y que impide el desarrollo de polen extraño.
El pistilo no solo influye en la germinación del polen, sino que el polen también influye en el pistilo. El polen en germinación también libera sustancias especiales que hacen que el ovario y otras partes de la flor se conviertan en frutos. Por lo tanto, en muchas plantas, el crecimiento de la fruta es mejor cuanto más polen llega al estigma.
La estructura del óvulo y la fecundación. Entonces, en el ovario del pistilo hay uno o más óvulos. En el exterior, el óvulo está rodeado por cubiertas que no cierran en un solo lugar, formando una entrada de polen. Dentro del óvulo se encuentra el saco embrionario, que contiene varias células. Los más importantes son la célula central y el óvulo.
Las células sexuales se llaman gametos. En consecuencia, el óvulo es el gameto femenino y el espermatozoide es el gameto masculino.
Cuando el tubo polínico ingresa al saco embrionario a través del pasaje del polen, uno de los espermatozoides se fusiona con el óvulo. La fusión de dos células sexuales, el óvulo y el espermatozoide, se llama fertilización. Como resultado de la fertilización, se forma un cigoto (del griego cigoto - emparejado). El segundo espermatozoide se fusiona con la célula central. Resulta que dos espermatozoides idénticos se fusionan con dos células completamente diferentes. Este proceso ocurre solo en las plantas con flores. El científico ruso S. G. Navashin descubrió, describió y explicó este proceso. Él lo llamó doble fertilización.
Formación de semilla y fruto. Después de la fertilización, el cigoto se divide muchas veces y forma un embrión. En el embrión, la raíz embrionaria, el tallo embrionario y la yema (vástago) son claramente distinguibles. Si hubo muchos óvulos en el ovario, habrá muchas semillas en el fruto.
Simultáneamente con la formación de semillas, también crece la pared del ovario. A partir de él se forma una fruta o, más correctamente, las paredes del feto: el pericarpio. En flores con varios pistilos crecen los ovarios de cada pistilo. Pueden permanecer libres o pueden crecer juntos. En muchas plantas, otras partes de la flor (manzana, fresa) también participan en la formación de frutos.
La célula central, habiéndose fusionado con el esperma, también se divide muchas veces y forma el endospermo. El endospermo es un tejido especial en cuyas células se acumulan las reservas de nutrientes necesarias para el desarrollo del embrión. A partir del tegumento del óvulo, se forma una cubierta de semillas que protege al embrión de influencias externas.
En algunas semillas, también se puede discernir un rastro de polen que ingresa al óvulo. Para hacer esto, puede remojar la semilla de frijol y, cuando se hinche, presione ligeramente con los dedos. Una gota de agua aparecerá de un pequeño agujero. Aquí es donde estaba la salida del polen.
Gametogénesis(del griego. gameto- esposa, gametos- marido y génesis- origen, aparición) es el proceso de formación de células germinales maduras.
Dado que la reproducción sexual generalmente requiere dos individuos, femenino y masculino, que producen diferentes células sexuales, óvulos y espermatozoides, entonces los procesos de formación de estos gametos deberían ser diferentes.
La naturaleza del proceso también depende en gran medida de si se produce en una célula vegetal o animal, ya que en las plantas sólo se produce la mitosis durante la formación de los gametos, mientras que en los animales se produce tanto la mitosis como la meiosis.
Desarrollo de células germinales en plantas En las angiospermas, la formación de células germinales masculinas y femeninas ocurre en diferentes partes de la flor: estambres y pistilos, respectivamente.
Antes de la formación de células germinales masculinas - microgastogénesis(del griego. micros- pequeño) - sucediendo microsporogénesis, es decir, la formación de microsporas en las anteras de los estambres. Este proceso está asociado con la división meiótica de la célula madre, que da como resultado cuatro microsporas haploides. La microgametogénesis está asociada con una sola división mitótica de la microspora, dando un gametofito masculino de dos células - una gran vegetativo(sifonogénico) y superficial generativo. Después de la división, el gametofito masculino se cubre con capas densas y forma un grano de polen. En algunos casos, incluso en el proceso de maduración del polen, y a veces solo después de ser transferida al estigma del pistilo, la célula generativa se divide mitóticamente con la formación de dos células germinales masculinas inmóviles: esperma. Después de la polinización, se forma un tubo polínico a partir de una célula vegetativa, a través del cual los espermatozoides penetran en el ovario del pistilo para la fertilización (Fig. 2.55).
El desarrollo de las células germinales femeninas en las plantas se denomina megagametogénesis(del griego. megas- grande). Ocurre en el ovario del pistilo, que es precedido por megasporogénesis, como resultado de lo cual se forman cuatro megasporas a partir de la célula madre de la megaspora que se encuentra en la nucela por división meiótica. Una de las megasporas se divide mitóticamente tres veces, dando el gametofito femenino, un saco embrionario con ocho núcleos. Con el posterior aislamiento de los citoplasmas de las células hijas, una de las células resultantes se convierte en un óvulo, en cuyos lados se encuentran los llamados sinérgicos, se forman tres antípodas en el extremo opuesto del saco embrionario y en el centro. , como resultado de la fusión de dos núcleos haploides, se forma una célula central diploide (Fig. 2.56).
Desarrollo de células germinales en animales En los animales, se distinguen dos procesos de formación de células germinales: la espermatogénesis y la ovogénesis (Fig. 2.57).
espermatogénesis(del griego. esperma, espermatozoides- semilla y génesis - origen, ocurrencia) es el proceso de formación de células germinales masculinas maduras: espermatozoides. En los humanos, se presenta en los testículos, o testículos, y se divide en cuatro períodos: reproducción, crecimiento, maduración y formación.
EN época de la reproducción Las células germinales primordiales se dividen mitóticamente, dando como resultado la formación de células diploides. espermatogonias. EN período de crecimiento Las espermatogonias acumulan nutrientes en el citoplasma, aumentan de tamaño y se convierten en espermatocitos primarios, o espermatocitos de primer orden. Solo después de eso entran en meiosis ( período de maduración) lo que resulta en la formación de dos espermatocito secundario, o espermatocito de segundo orden, y luego - cuatro células haploides con bastante citoplasma - espermátidas. EN período de formación pierden casi todo el citoplasma y forman un flagelo, convirtiéndose en espermatozoides.
espermatozoide, o gomitas,- Células sexuales masculinas móviles muy pequeñas con cabeza, cuello y cola (Fig. 2.58).
EN cabeza, Aparte del núcleo, es acrosoma- un complejo de Golgi modificado, que asegura la disolución de las membranas del óvulo durante la fecundación.
EN cuello hay centriolos del centro celular, y la base cola de caballo forman microtúbulos que apoyan directamente el movimiento del espermatozoide. También contiene mitocondrias, que proporcionan a los espermatozoides energía ATP para el movimiento.
Ovogénesis(del griego. Naciones Unidas- un huevo y génesis- origen, ocurrencia) es el proceso de formación de células germinales femeninas maduras - óvulos. En los humanos, ocurre en los ovarios y consta de tres períodos: reproducción, crecimiento y maduración. Los períodos de reproducción y crecimiento, similares a los de la espermatogénesis, ocurren incluso durante el desarrollo intrauterino. Al mismo tiempo, se forman células diploides a partir de las células germinales primarias como resultado de la mitosis. oogonia, que luego se convierten en diploides primarios ovocitos, o ovocitos de primer orden. La meiosis y la subsiguiente citocinesis ocurren en período de maduración, se caracterizan por la división desigual del citoplasma de la célula madre, de modo que como resultado, en un primer momento se obtiene una ovocito secundario, o ovocito de segundo orden, Y primer cuerpo polar y luego del ovocito secundario, el óvulo, que retiene todo el suministro de nutrientes, y el segundo cuerpo polar, mientras que el primer cuerpo polar se divide en dos. Los cuerpos polares eliminan el exceso de material genético.
En humanos, los huevos se producen con un intervalo de 28-29 días. El ciclo asociado con la maduración y liberación de los óvulos se denomina ciclo menstrual.
Huevo- una gran célula germinal femenina, que no solo lleva un conjunto haploide de cromosomas, sino también un suministro significativo de nutrientes para el desarrollo posterior del embrión (Fig. 2.59).
El huevo en los mamíferos está cubierto con cuatro membranas, lo que reduce la probabilidad de daño por varios factores. El diámetro del huevo en humanos alcanza las 150-200 micras, mientras que en un avestruz puede ser de varios centímetros.
Considere los ciclos de vida de las plantas en las figuras 97-99. Recuerda del libro de texto de sexto grado cómo se reproducen estas plantas. ¿Cuál es la esencia de la doble fertilización en las plantas angiospermas (con flores)?
En las plantas, la formación de células germinales y el desarrollo individual proceden de manera diferente que en los animales. En el reino vegetal, hay una alternancia en el ciclo de vida de las generaciones sexuales y asexuales. Además, en las plantas, la meiosis no ocurre durante la formación de las células germinales, sino durante la maduración de las esporas.
alternancia de generaciones en las plantas. Esporofito (del griego espora - semilla y fiton - planta) - una generación asexual de plantas con un doble juego de cromosomas. Las esporas se forman en el esporofito durante la meiosis. Un gametofito se desarrolla a partir de esporas (del griego gametos - cónyuge y phyton - planta) - una generación sexual con un solo conjunto. Produce gametos durante la mitosis. Después de la fertilización, se forma un esporofito a partir del cigoto. Luego se repite el proceso. Según el tipo de planta, un organismo adulto puede ser un gametofito o un esporofito (Fig. 96).
Arroz. 96. Alternancia de generaciones asexuales (esporofitos) y sexuales (gametofitos) en el ciclo de vida de las plantas
En las algas verdes, la generación sexual, el gametofito, predomina en el ciclo de vida (Fig. 97). Se reproduce asexual y sexualmente. En un período determinado, los gametofitos desarrollan gametos, de diferente o idéntico tamaño. Después de la fusión de los gametos, se forma un cigoto, a partir del cual se forman las esporas como resultado de la meiosis. Dan lugar a nuevos gametofitos. En el ciclo de vida de las algas verdes, el esporofito está representado por una sola célula: el cigoto.
Arroz. 97. Ciclo de vida de las algas verdes (ulotrix)
En los musgos, el gametofito también predomina en el ciclo (Fig. 98). Se desarrolla durante la germinación de las esporas. Esta es una planta frondosa, en cuyos brotes se forman los órganos masculinos y femeninos de reproducción sexual. El esporofito, un tallo delgado con una caja, se desarrolla en el gametofito y no es capaz de existir de forma independiente.
Arroz. 98. Ciclo de vida del lino de cuco de musgo verde
En los esporangios, las esporas se forman como resultado de la meiosis. Las esporas después de la maduración se derraman y germinan en un ambiente húmedo, dando lugar a un hilo de ramificación (pre-germen). Los gametofitos se desarrollan a partir de yemas.
En helechos, musgos y colas de caballo, por el contrario, el esporofito predomina en el ciclo de vida (Fig. 99). En él, en órganos especiales: esporangios, como resultado de la meiosis, se forman esporas. Las esporas después de la maduración se derraman y germinan. Al germinar de una espora, se desarrolla una generación sexual: un gametofito, que es una pequeña consecuencia. En el proceso de mitosis, se forman gametos masculinos y femeninos.
Arroz. 99. Ciclo de vida del helecho macho.
En presencia de agua, ocurre la fertilización y se forma un cigoto. A partir de él se desarrolla un embrión, y luego una planta joven: un esporofito.
Reproducción y desarrollo de plantas con semilla. Las plantas con semillas se reproducen por semillas. El esporofito predomina en el ciclo de vida, y el gametofito tiene un tamaño muy reducido (reducido), se desarrolla en el esporofito y está representado por solo unas pocas células. Considere el desarrollo de plantas con semillas usando el ejemplo del ciclo de vida de las angiospermas o plantas con flores.
Arroz. 100. Cono: el órgano de reproducción familiar de las gimnospermas.
Una planta adulta es un esporofito con un juego doble de cromosomas. El esporofito se desarrolla a partir de la semilla. El órgano reproductor es una flor (Fig. 101). En la flor se forman el órgano femenino, el pistilo, y el órgano masculino, los estambres. En el ovario del pistilo en los óvulos, se forman 4 esporas como resultado de la meiosis. La división ocurre de manera desigual: se forman una espora grande y tres pequeñas. Tres esporas pequeñas mueren y una grande se convierte en un gametofito femenino. La espora se divide tres veces por mitosis y se forma un saco embrionario de ocho núcleos: 8 núcleos en los que se distribuyen de la siguiente manera. Más cerca de la entrada del polen hay un núcleo grande, un huevo, junto a él hay dos núcleos más pequeños, que lo acompañan. Tres núcleos están ubicados en el polo opuesto del saco y dos núcleos centrales están ubicados en el centro. Todos los núcleos tienen un solo juego de cromosomas (n). Así, el gametofito femenino en las angiospermas está representado por un saco embrionario de ocho núcleos.
Arroz. 101. Órganos de reproducción de semillas de plantas con flores: 1 - flor; 2 - fruta
En los sacos de polen de los estambres, se forman cuatro pequeñas esporas a partir de células de esporangio como resultado de la meiosis. Todas las esporas se desarrollan y dan lugar a gametofitos masculinos. Cada espora se divide por mitosis y forma una célula vegetativa y generativa. Las células vegetativas y generativas están cubiertas con una doble membrana: se forma un grano de polen. Por lo tanto, el gametofito masculino en las angiospermas está representado por dos células con un caparazón: un grano de polen.
Cuando los granos de polen tocan el estigma del pistilo de la flor, la célula vegetativa comienza a germinar, formando un tubo polínico. Gracias a la corriente del citoplasma del tubo polínico, la célula generativa se desplaza hacia la entrada de polen del saco embrionario (Fig. 102). Al mismo tiempo, el núcleo de la célula generativa se divide por mitosis y se forman dos espermatozoides: gametos masculinos inmóviles. Entran en el saco embrionario a través del paso del polen. Un espermatozoide (n) se fusiona con un óvulo (n) para formar un cigoto (2n). Un embrión semilla se desarrolla a partir de un cigoto. El segundo espermatozoide (n) se fusiona con los dos núcleos de la célula central (2n), dando como resultado la formación del endospermo de la semilla, en el que se almacenan los nutrientes. Los núcleos de las células del endospermo en las angiospermas tienen un conjunto triple de cromosomas (3n).
Arroz. 102. Ciclo de vida y doble fecundación en plantas con flor: 1 - fusión del espermatozoide con la célula central; 2 - fusión de espermatozoides con óvulos; 3 - cáscara de semilla; 4 - embrión (2n); 5 - endospermo (3n)
El proceso de fusión del espermatozoide con el óvulo y la célula central se denomina doble fecundación. Fue descubierto en 1898 por el científico ruso Sergei Gavrilovich Navashin (Fig. 103). Como resultado de la doble fertilización, se forma una semilla a partir del óvulo de la flor y la cubierta de la semilla se forma a partir del tegumento del óvulo. Las paredes de la fruta se desarrollan alrededor de la semilla del ovario u otras partes de la flor. Cuando la pared del fruto se abre o se destruye, la semilla queda afuera. Bajo ciertas condiciones, germina, se desarrolla una nueva planta a partir del embrión de la semilla: un esporofito.
Arroz. 103. Sergei Gavrilovich Navashin (1857 - 1930)
Entonces, en las plantas de menor a mayor, hay un aumento gradual en la vida útil del esporofito. A partir de los helechos, el esporofito predomina en el ciclo de vida y el gametofito se reduce gradualmente a una o unas pocas células.
Ejercicios de lecciones aprendidas
- ¿Cuál es la peculiaridad del desarrollo individual de las plantas en comparación con los animales?
- ¿Cómo se produce la alternancia de generaciones en las plantas?
- ¿Qué generación domina el ciclo de vida de las algas, musgos, helechos y plantas con semillas?
- ¿Cómo desarrollan las angiospermas, o plantas con flores, el gametofito femenino y masculino?
- ¿Por qué la fecundación en angiospermas o plantas con flores se llama doble?
- ¿Cómo cambia el gametofito de las plantas inferiores a las superiores? Explique qué ventaja le da esto al organismo vegetal.
Desarrollo de células germinales animales., o gametogénesis procede en varias etapas. Durante el período reproductivo, las células germinales primarias se multiplican por mitosis. Durante el período de crecimiento, cada uno de ellos crece, alcanzando un cierto tamaño. Después de eso, comienza el proceso de maduración. Como resultado, se forman cuatro espermatozoides idénticos a partir de una célula germinal masculina primaria. Por el contrario, solo se produce un óvulo a partir de una célula germinal femenina primaria. Los tres cuerpos direccionales formados en el proceso de división mueren.
En animales multicelulares, G. ocurre en órganos especiales: las glándulas sexuales o gónadas (ovarios, testículos, glándulas sexuales hermafroditas), y consta de tres etapas principales: 1) reproducción de células germinales primarias: gametogonias (espermatogonias y ovogonias) a través de una serie de mitosis sucesivas , 2) el crecimiento y la maduración de estas células ahora se denominan gametocitos (espermatocitos y ovocitos), que, al igual que las gametogonias, tienen un conjunto completo (en su mayoría diploide) de cromosomas. En este momento, tiene lugar el evento principal de la gametogénesis en los animales: la división de los gametocitos por meiosis, lo que conduce a una reducción (reducción a la mitad) del número de cromosomas en estas células y su transformación en células haploides. - espermátidas y ootídeos; 3) la formación de espermatozoides (o espermatozoides) y óvulos; en este caso, los óvulos se revisten junto a las membranas embrionarias, y los espermatozoides adquieren flagelos, que aseguran su movilidad. En las hembras de muchas especies animales, la meiosis y la formación del óvulo se completan después de la penetración del espermatozoide en el citoplasma del ovocito, pero antes de la fusión de los núcleos del espermatozoide y el óvulo.
En las plantas, la gametogénesis. se separa de la meiosis y comienza en células haploides, en esporas (en plantas superiores, microsporas y megasporas). A partir de las esporas se desarrolla la generación sexual de la planta - el gametofito haploide , en los órganos genitales de los cuales - gametangia (masculino - anteridio, femenino - archegonia) G ocurre por mitosis. La excepción es gimnospermas y angiospermas en el que la espermatogénesis ocurre directamente en la microspora en germinación, la célula de polen. En todas las plantas portadoras de esporas inferiores y superiores, G. en antheridia es una división múltiple de células, como resultado de lo cual se forma una gran cantidad de pequeños espermatozoides móviles. G. en archegonia: la formación de uno, dos o más huevos. En las gimnospermas y las angiospermas, la G. masculina consiste en la división (por mitosis) del núcleo de la célula de polen en generativa y vegetativa, y la posterior división (también por mitosis) del núcleo generativo en dos espermatozoides. Esta división se produce en el tubo polínico en germinación. Hembra G. en angiospermas: aislamiento por mitosis de un huevo dentro del saco embrionario de 8 núcleos. La principal diferencia entre G. en animales y plantas: en animales, combina la transformación de células de diploides a haploides y la formación de gametos haploides; G. en las plantas se reduce a la formación de gametos a partir de células haploides.
Reproducción sexual de plantas con semillas.- propagación por semillas de origen normal (no apomíctico). Los nuevos individuos resultantes tienen genotipos que son diferentes de los organismos originales.
En las plantas se observa un cambio regular de las fases nucleares (haploide y diploide). Las plantas con flores merecen una atención especial, las más comunes en la Tierra. En el ciclo de vida de las plantas superiores se distingue un cambio de dos generaciones: el gametofito y el esporofito. gametofito - una pequeña planta de la generación sexual, en la que se forman los órganos genitales, que producen gametos. Desarrolla gametos femeninos y masculinos. En las plantas con semillas, los gametofitos prácticamente han perdido la capacidad de existir de forma independiente. La generación dominante es esporofito (la mayoría de las células son diploides), generalmente una planta grande y frondosa que existe durante bastante tiempo. El esporofito se forma después de la fusión de gametos haploides masculinos y femeninos.
La flor es el principal órgano reproductor de las angiospermas. Una flor puede considerarse tanto un esporofito, un órgano de reproducción asexual (ya que produce microsporas y megasporas), como un gametofito, un órgano de reproducción sexual (ya que los gametos masculinos, los espermatozoides se desarrollan a partir de las microsporas y los gametos femeninos, los óvulos a partir de las megasporas) .
El desarrollo de los granos de polen ocurre en los nidos de polen - microsporangios anteras - en dos etapas.
Etapa uno - microsporogénesis el tejido esporógeno se divide por mitosis, formando células de microsporas - microsporocitos (2n). Los microsporocitos se dividen por meiosis para formar microsporas (norte). Cada célula madre produce cuatro microsporas (tétrada de microsporas).
Etapa dos - microgametogénesis - el desarrollo de microgametofito. Cada microspora (n) se divide por mitosis, formando microgametofito- gametofito masculino grano de polen. Primero se lleva a cabo el proceso de reproducción asexual del esporofito, para lo cual se utilizan pequeñas esporas. Luego, dentro del saco de polen, se forma un gametofito masculino microscópico a partir de una espora en germinación (división), que ya es una nueva generación sexual.
El desarrollo del saco embrionario ocurre en el óvulo (megasporangio) en dos etapas. La primera etapa es la megasporogénesis, el desarrollo de megasporas. Las células esporogénicas (2n) se dividen por mitosis, formando megasporas - megasporocitos (2n). Los megasporocitos se dividen por meiosis para formar megasporas (norte). Cada célula madre produce cuatro megasporas. En el megagametofito, solo se desarrolla una de las microsporas (generalmente la inferior), el resto degenera. La segunda etapa, la metagametogénesis, es el desarrollo del megagametofito (saco embrionario). El resto de los cuatro es uno. megaspora (n) se divide secuencialmente por tres mitosis sin citocinesis (solo se dividen los núcleos). Se forman cuatro núcleos en los polos del saco embrionario: saco embrionario octanuclear.
Dos núcleos se alejan de los polos hacia el centro y se fusionan, formando los núcleos centrales (secundarios) (2n). Los núcleos que quedan en los polos se convierten en células: antípodas (norte), óvulo(norte), sinergidos (norte). Se forma un megagametofito (saco embrionario).
Es necesario prestar atención al hecho de que en las plantas superiores (a diferencia de los animales) el proceso de formación de células germinales se lleva a cabo con la ayuda de la mitosis. En todos los animales pluricelulares y humanos, se utiliza la meiosis para esto. El gametofito masculino en las plantas con flores consta de 3 células, con un espermatozoide que fertiliza el óvulo del saco embrionario y el otro que fertiliza el óvulo central. Sucediendo" doble fertilización».
El resultado de la reproducción sexual del gametofito de una planta con flores es la formación de un cigoto diploide y una gran célula triploide. Su división por mitosis eventualmente conduce a la formación del embrión y el endospermo de la semilla (almacenes de nutrientes). La semilla es una etapa importante en el desarrollo de una nueva generación de esporofitos.
Envertebrados las células sexuales femeninas se forman en las gónadas, los ovarios, y las masculinas, en los testículos. Es en las gónadas donde se forman los gametos haploides a partir de las células diploides iniciales.
Formación de espermatozoides maduros en el cuerpo. mamíferos comienza con el inicio de la pubertad y los huevos, en el período prenatal de desarrollo del cuerpo femenino.
Hay varias etapas en el desarrollo de las células germinales. La primera etapa en el desarrollo de las células germinales se llama reproducción. Esta etapa se caracteriza por la división de las células diploides por mitosis. En este caso, se forman dos células hijas diploides a partir de cada célula madre. Las mitosis aumentan el número de células.
Luego viene la etapa de crecimiento. Durante este período, el tamaño de las células aumenta. Las células están en un estado de interfase. En ellos se sintetizan proteínas, carbohidratos, lípidos, ATP, se duplican los cromosomas.
En la etapa de maduración, las células se dividen por meiosis. El número de cromosomas se reduce a la mitad y se forman cuatro 1000 células hijas haploides a partir de cada célula diploide.
En los hombres, todas las células formadas como resultado de la meiosis son iguales, de pleno derecho. En las hembras, solo en una célula, el óvulo, se acumula una gran cantidad de nutrientes necesarios para el desarrollo del futuro embrión, las tres pequeñas células restantes mueren más tarde.
El desarrollo de las células germinales termina con un período de formación, durante el cual se forman los gametos: espermatozoides y un óvulo.
La formación de células germinales en las angiospermas ocurre de una manera peculiar. Los gametos se producen en estambres y pistilos. Las anteras del estambre contienen muchas células diploides, cada una de las cuales se divide por meiosis. Como resultado, se forman cuatro células haploides a partir de cada célula diploide, convirtiéndose en granos de polen. El proceso de formación de polen no termina ahí. El núcleo haploide de cada grano de polen se divide por mitosis, por lo que se forman dos células haploides, la generativa y la vegetativa. La célula generativa se divide de nuevo por mitosis, dando como resultado la formación de dos espermatozoides haploides. Espermatozoides - gametos masculinos Son inmóviles, ya que carecen de flagelos y se entregan al óvulo a través del tubo polínico.
Por lo tanto, un grano de polen maduro contiene tres células: una célula vegetativa o del tubo polínico y dos espermatozoides.
El ovario contiene el óvulo, en el que se forma la célula reproductora femenina. En el óvulo, se forman cuatro células haploides a partir de una célula diploide como resultado de la meiosis. Tres células mueren y la restante se divide tres veces por mitosis. Así que hay ocho células haploides que forman el saco embrionario. Uno de ellos se convierte en un huevo, dos células se fusionan y forman una célula diploide: el núcleo secundario del saco embrionario. Las cinco células restantes juegan un papel de apoyo, formando la pared del saco embrionario.
En los seres humanos, una célula reproductiva madura (gameto) es un espermatozoide en un hombre, un óvulo (óvulo) en una mujer. Antes de la fusión de los gametos para formar un cigoto, estas células germinales deben formarse, madurar y luego reunirse. Las células germinales humanas tienen una estructura similar a los gametos de la mayoría de los animales. La diferencia fundamental entre los gametos y otras células del cuerpo, llamadas células somáticas, es que el gameto contiene solo la mitad del número de cromosomas de la célula somática. Hay 23 de ellos en las células germinales humanas.En el proceso de fertilización, cada célula germinal trae sus 23 cromosomas al cigoto, y así el cigoto tiene 46 cromosomas, es decir su doble conjunto, como es inherente a todas las células somáticas humanas. Si bien son similares en características estructurales principales a las células somáticas, el espermatozoide y el óvulo son, al mismo tiempo, altamente especializados por su papel en la reproducción. El espermatozoide es una célula pequeña y muy móvil. El óvulo, en cambio, es inmóvil y mucho más grande (casi 100.000 veces) que el espermatozoide. La mayor parte de su volumen es el citoplasma, que contiene las reservas de nutrientes necesarias para el embrión en el período inicial de desarrollo. Para la fecundación es necesario que el óvulo y el espermatozoide alcancen la etapa de madurez. Además, el óvulo debe ser fertilizado dentro de las 12 horas posteriores a la salida del ovario, de lo contrario, muere. El espermatozoide humano vive más tiempo, alrededor de un día. Moviéndose rápidamente con la ayuda de su cola en forma de látigo, el espermatozoide llega al conducto conectado al útero, la trompa uterina (de Falopio), donde el óvulo y el óvulo ingresan desde el ovario. Por lo general, toma menos de una hora después de la cópula. Se cree que la fecundación se produce en el tercio superior de la trompa de Falopio. A pesar de que normalmente el eyaculado contiene millones de espermatozoides, sólo uno penetra en el óvulo, activando la cadena de procesos que conducen al desarrollo del embrión. Debido al hecho de que todo el espermatozoide penetra en el óvulo, el hombre aporta a la descendencia, además del nuclear, cierta cantidad de material citoplasmático, incluido el centrosoma, una pequeña estructura necesaria para la división celular del cigoto. El esperma también determina el sexo de la descendencia. La culminación de la fecundación es el momento de la fusión del núcleo espermático con el núcleo del óvulo.
La fecundación en las angiospermas está precedida por micro y megasporogénesis, así como la polinización.
La microsporogénesis tiene lugar en las anteras de los estambres. En este caso, las células diploides del tejido educativo de la antera como resultado de la meiosis se convierten en 4 microsporas haploides. Después de un tiempo, la microspora procede a la división mitótica y se transforma en un gametofito masculino, un grano de polen. El grano de polen está cubierto por fuera. dos conchas: exina e intina.
Exina- la capa superior es más gruesa y está impregnada de esporolenina, una sustancia parecida a la grasa. Esto permite que el polen resista temperaturas significativas y estrés químico. La exina contiene poros de plántulas, que se cierran con tapones antes de la polinización.
intina contiene celulosa y es elástica. Hay dos células en un grano de polen: vegetativo y generativo.
La megasporogénesis tiene lugar en el óvulo.. Como resultado de la meiosis, se forman 4 megasporas a partir de la célula madre de la nucela, de las cuales solo queda una como resultado. Esta megaspora crece con fuerza y empuja los tejidos de la nucela hacia los tegumentos, formando el saco embrionario. El núcleo del saco embrionario se divide 3 veces por mitosis. Después de la primera división, los dos núcleos hijos divergen en polos diferentes: chalazal y micropilar (ubicado más cerca del tubo polínico), y se dividen dos veces. Por lo tanto, hay cuatro núcleos en cada polo. Tres núcleos en cada polo se separan en células separadas y los dos restantes se mueven hacia el centro y se fusionan, formando un núcleo diploide secundario. En el polo micropilar hay dos sinérgidos y una célula más grande, el óvulo. Las antípodas se encuentran en el polo chalazal. Así, un saco embrionario maduro contiene 8 células.
Polinización es la transferencia de polen de los estambres al estigma del pistilo.
Fertilización. Los granos de polen, de una forma u otra atrapados en el estigma, germinan. La germinación del polen comienza con el hinchamiento del grano y la formación de un tubo polínico a partir de la célula vegetativa. El tubo polínico atraviesa la cáscara en su lugar más delgado, el llamado abertura. La punta del tubo polínico secreta sustancias especiales que suavizan los tejidos del estigma y el estilo. A medida que el tubo polínico crece, pasa a él el núcleo de una célula vegetativa y una célula generativa, que se divide y forma dos espermatozoides. A través del micrópilo del óvulo, el tubo polínico penetra en el saco embrionario, donde se rompe y su contenido se vierte al interior.
Uno de los espermatozoides se fusiona con el óvulo para formar un cigoto., que luego da lugar al germen de la semilla. El segundo espermatozoide se fusiona con el núcleo central, dando como resultado la formación de un núcleo triploide., que luego se convierte en un endospermo triploide.
Así, el endospermo de las angiospermas es triploide y secundario; formado después de la fecundación.
Todo este proceso se llama doble fecundación. Fue descrito por primera vez por el científico ruso S.G. Navashin. (1898).
Morfología de los gametos y tipos de gametogamia
Isogamia, heterogamia y oogamia
La morfología de los gametos de diferentes especies es bastante diversa, mientras que los gametos producidos pueden diferir tanto en el conjunto de cromosomas (con la heterogamedad de la especie), el tamaño y la movilidad (la capacidad de moverse de forma independiente), mientras que el dimorfismo de gametos en diferentes especies varía ampliamente. - desde la ausencia de dimorfismo en la forma de isogamia hasta su manifestación extrema en la forma de oogamia.
isogamia
Si los gametos que se fusionan no difieren morfológicamente entre sí en tamaño, estructura y conjunto de cromosomas, entonces se denominan isogametos o gametos asexuales. Dichos gametos son móviles, pueden portar flagelos o ser ameboides. La isogamia es típica de muchas algas.
Anisogamia (heterogamia)
Los gametos capaces de fusionarse difieren en tamaño, los microgametos móviles llevan flagelos, los macrogametos pueden ser tanto móviles (muchas algas) como inmóviles (macrogametos desprovistos de flagelos de muchos protistas).
oogamia
Espermatozoide y óvulo.
Los gametos de una especie biológica capaz de fusionarse difieren marcadamente en tamaño y movilidad en dos tipos: gametos masculinos de tamaño pequeño y gametos femeninos inmóviles grandes: huevos. La diferencia en el tamaño de los gametos se debe al hecho de que los óvulos contienen un suministro de nutrientes suficiente para proporcionar las primeras divisiones del cigoto durante su desarrollo hasta convertirse en embrión.
Gametos masculinos: los espermatozoides de los animales y muchas plantas son móviles y generalmente llevan uno o más flagelos, con la excepción de los gametos masculinos de las plantas con semillas: los espermatozoides, que se entregan al huevo durante la germinación del tubo polínico, así como los espermatozoides sin flagelos (espermatozoides) de nematodos y artrópodos.
Aunque los espermatozoides portan mitocondrias, en la oogamia solo el ADN nuclear pasa del gameto masculino al cigoto, el ADN mitocondrial (y en el caso de las plantas, el ADN plástido) generalmente lo hereda el cigoto solo del óvulo.
Literatura
ver también
Fundación Wikimedia. 2010 .
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