Разноспоровость у высших растений

Страница 3

2.8. Отдел Голосеменные (Pinophyta)

Растения, относящиеся к отделу голосеменных (Pinophyta) отличаются от всех остальных представителей растительного мира тем, что производят семена. А все семенные растения, как голосеменные, так и цветковые, являются разноспоровыми. Это значит, что споры у них двух разных типов – микроспоры (мужские споры) и мегаспоры (женские споры). Первые дают начало мужскому гаметофиту, а вторые – женскому. В этом отношении семенные растения не отличаются от таких разноспоровых бесеменных растений, как селагинелла, полушник, марсилея или сальвиния. Тем не менее между ними имеются весьма существенные различия.

В то время как у огромного большинства бессеменных высших растений мегаспоры освобождаются из мегаспорангия, у семенных растений их единственная зрелая мегаспора остается постоянно заключенной внутри мегаспорангия и здесь же, внутри мегаспоры, происходит развитие женского гаметофита и процесс оплодотворения. Определенный шаг в этом направлении уже можно наблюдать у разноспоровых бессеменных растений. Так, у некоторых видов селагинеллы мегаспора остается внутри мегаспорангия и после оплодотворения, вплоть до значительного развития зародыша и даже молодого растеньица. Еще больше приближение к семенным растениям наблюдается у некоторых вымерших плауновидных, например у каменноугольных родов миадесмия (Miadesmia) и лепидокарпон (Lepidocarpon), у которых мегаспорангий был окружен покровом из свернувшегося спорофиллоида (или его боковых выростов). Это уже максимальное приближение к семени, но образование это является скорее аналогом, чем гомологом семени. Настоящее семя появляется только у голосеменных, при том значительно раньше, чем у таких растений, как миадесмия и лепидокарпон. В отличие от семенных плауновидных мегаспорангий у семенных растений окружен особым защитным покровом, называемым интегументом. Он умеет совершенно иное происхождение, чем покрывало мегаспорангиев миадесмии или лепитокарбона.

Мегаспорангий с окружающим его энтегументом называется семязачатком или семяпочкой. Это действительно зачаток семени, с которого после оплодотворения развивается семя. Развитие мегаспоры, также как

Пыльцевые зерна у всех саговниковых мелкие, широкоэллиптические, лодочковидные и имеют на дистальной стороне одну борозду.

Например, у рода эфедра (Ephedra), относящийся к классу Гнетовые (Gnetopsida) при прорастании микроспоры отделяется сначала первая проталлиальная клетка. При втором делении образуется ядро второй проталлиальной клетки, но самой клетки не образуется, так ядро это не отделяется перегородкой от ядра антеридиальной клетки. Далее ядро антеридиальной клетки делится, образуя ядро генеративной клетки. Оно образует два ядра, одно из которых дает начало двум спермиям. А цель пыльцевых зерен попасть на женский гаметофит. Когда это произойдет, образуется короткая пыльцевая трубка, которая через шейку архегония достигает яйцеклетки. Спермий, достигнув яйцеклетки, сливается с ней, образуя зародыш.

У представителей подкласса Хвойные (Pinidae) каждая функционирующая материнская клетка микроспор дает начало четырем гаплоидным микроспорам, которые в течение некоторого времени оказываются заключенными внутри оболочки микроспор. Число микроспор обычно очень велико, иногда исключительно большое. Они чрезвычайно легкие, что помогает их распространению ветром. Чрезвычайно своебразной является форма пыльцевых зерен. У большинства представителей семейства сосновых и подокарповых она бобовидная, с двумя выступами – воздушными мешками. Для большинства видов тсуги (Tsuga) типична шарообразная пыльца с одним опоясывающим воздушным мешком. Шарообразные безмешковые пыльцевые зерна имеются у лиственницы.

2.9. Отдел Цветковые (Magnoliphyta)

Цветковые растения представляют собой самый большой отдел растительного мира. От всех остальных отделов высших растений, за исключением голосеменных, цветковые отличаются образованием семени. Представители обоих этих отделов являются растениями семенными, в то время как все остальные отделы являются бессеменными (расселение у них происходит посредством спор, а не семян). От голосеменных же цветковые отличаются прежде всего тем, что семязачатки (семяпочки) у них заключены в более или менее замкнутую полость завязи (образованный одним или несколькими сросшимися плодолистиками). Благодаря тому что семязачатки заключены в полость завязи, пыльца попадает не непосредственно на микропиле семязачатка, а на рыльце. Наличие рыльца является характернейшей особенностью цветковых растений и фактически главным отличием цветка от стробилов голосеменных.

В связи с крайним упрощением гаметофитов цветковых растений и резким сокращением их онтогенеза они утратили гаметангии – антеридии и архегонии. Половое поколение цветковых растений лишилось половых органов. В результате формирования самих гамет, особенно мужских гамет, также ускоряется и они крайне упрощаются.

Эволюция в сторону сокращения стадий развития гаметофитов и ускорения их онтогенеза началась уже среди голосеменных, где некоторые хвойные, а также роды гнетум и вельвичия приблизились к цветковым растениям по степени редукции и строению мужского гаметофита, а гнетум и вельвичия также по лишенному архегониев женскому гаметофиту. Однако гаметофиты цветковых растений достигли максимально возможного упрощения и более ускоренного развития.

Параллельно с дифференциацией клеток стенки микроспорангия происходят события, ведущие к формированию микроспор. В результате ряда последовательных митотических делений из первичных спорогенных клеток образуются микроспороцисты, или материнские клетки микросор. Из каждого микроспороциста в результате меойтического деления образуется тетрада гаплоидных микроспор.

В период между окончанием мейоза и освобождением сестринских спор из каллозовой оболочки протекают процессы формирования спордермы (оболочки микроспор). В тетрадном периоде вокруг протопласта микроспоры прежде всего образуется новая оболочка – примэкзина. Вскоре после начала образования примэкзины начинают выявляться те области спородермы, где формируются специальные места, служащие для выхода пыльцевой трубки, называемые апертурами.

Сформировавшиеся микроспоры освобождаются из тетрады в результате быстрого растворения каллозовой оболочки. Высвободившиеся микроспоры быстро увеличиваются в размерах.

В развитии микроспор очень важную роль играют клетки тапетума. Накапливается всё больше данных, говорящих о том, что тапетум не только служит питательным материалом, но и принимает участие в формировании экзины.

Морфологическая активность цитоплазмы микроспоры заканчивается к началу деления её ядра. У большинства тропических растений ядро микроспоры начинает делится почти сразу же после окончания микроспорогенеза, но у растений умеренного и особенно холодного климата обычно наблюдается перерыв, которых длится от нескольких дней до нескольких недель.

Как известно, оболочка микроспоры состоит из двух главных слоев – экзины и интины. Строение этих двух слоев, также как и их толщина, является важным признаком характеризующим пыльцевые зерна разных растений. Интина представляет собой внутренний слой пыльцевого зерна. Она облегает его содержимое и служит материалом, образующим пыльцевую трубку. Экзина – это внешний слой оболочки пыльцевого зерна.

В экзине пыльцевого зерна имеются эластичные, гибкие, чаще тонкие места, служащие для выхода пыльцевой трубки, - апертуры. Апертуры бывают простые (борозды, щели, поры и др.) и сложные, у которых борозды, поры и прочие образования обладают дополнительной апертурой. Простые апертуры особенно характерны для пыльцы однодольных растений, а также для некоторых приметивных групп двудольных. У двудольных встречаются как сложные, так и простые апертуры.

Пыльца часто бывает собрана в диады, тетрады, поллиады, поллинии.

Семязачаток состоит из двух основных частей – мегоспорангия и окружающего его покрова, называемого интегументом. Интегумент не полностью закрывает мегаспорангий, на верхушке семязачатка его края не срастаются полностью и оставляют отверстие – микропиле.