Значение для человека
С помощью вегетативного размножения выращивают культурные и декоративные растения. Такой метод значительно сокращает время прорастания и даёт гарантию выживаемости растения.
Человеком применяются следующие способы:
- черенкование – размножение участком стебля (смородина, виноград, рябина), листа (гиацинты, бегония, лилия) или корня (хрен, слива, роза);
- размножение клубнями (георгины, топинамбур, картофель);
- воспроизводство луковицами или клубнелуковицами (гладиолусы, тюльпаны, нарциссы);
- размножение корневищами (тысячелистник, пырей ползучий, иван-чай);
- прививки – сращивание частей растений (яблоня, вишня, груша);
- деление кустов – размножение частью выкопанного и поделённого куста (пион, флоксы, маргаритки);
-
отводки – пригибание ветвей к земле, около почки делают надрез и присыпают землёй, а после прорастания корней отделяют от родительской особи (крыжовник, лещина, шелковица).
Рис. 3. Вегетативное размножение.
При вегетативном размножении образуется клон, т.е. генетически идентичное родителю растение. При делении и спорообразовании в результате индивидуального развития могут происходить мутации под действием окружающей среды, поэтому дочерние особи могут отличаться от родительских.
Что мы узнали?
Узнали о способах и особенностях бесполого размножения растений. Одноклеточные растения размножаются только делением. Примитивные многоклеточные растения (водоросли, папоротники) воспроизводятся спорообразованием. Многим покрытосеменным растениям присуще вегетативное размножение. Такой способ использует человек для получения сельскохозяйственных культур и декоративных растений.
Мейоз
При данном способе деления клеток число хромосом уменьшается вдвое. Таким образом обеспечивается половое размножение животных и спорогенез у растений. Во время мейоза наблюдается два последовательных деления, а предшествует им разовая редупликация ДНК.
Все необходимые вещества для осуществления данных процессов запасаются во время предварительной стадии – интерфазы. Каждый этап деления состоит из четырех периодов: профазы, метафазы, анафазы и телофазы. Такие же фазы проходят и при митозе, но в каждом из процессов есть свои особенности.
Первый мейоз – это деление клетки, при котором количество хромосом уменьшается в 2 раза. Из одного диплоидного образования появляются два гаплоидных. В это время протекают процессы спирализации ДНК, образуется веретено деления. Кроме этого, в профазе осуществляется конъюгация гомологичных хромосом. Полученные пары образуют бивалент. В некоторых его местах хроматиды перекрещиваются. Данный процесс называется кроссинговером.
Завершающим этапом является так называемый второй мейоз. Это деление, при котором образуются клетки с гаплоидным набором хромосом, состоящих из одной хроматиды. В результате описанных процессов из одного диплоидного образования (оогония либо сперматогония) выходит 4 клетки.
Биологическим значением мейоза является образование клеток, которые обеспечивают половое размножение животных или спорообразование у высших животных. Именно такой способ воспроизведения гарантирует поддержание генетического постоянства видов.
Бесполое размножение
При бесполом делении, где задействована только одна особь, процесс размножения происходит без формирования гамет. Потомство формируется за счет отпочковывания от материнского организма или откладывания в спецорганах.
Существуют следующие виды бесполого размножения:
Деление — преимущественно встречается у простейших организмов, при этом исходная материнская клетка разделяется на две части, образуя идентичное дочернее поколение.
Выделяют следующие подвиды:
- Деление надвое — свойственно доядерным видам;
- митотическое деление — встречается у простейших;
- множественное деление — типичное явление для малярийного плазмодия.
Почкование — характеризуется формированием дочерних организмов в виде выпячиваний на материнском теле. После созревания они отделяются от тела родителя и развиваются дальше самостоятельно. Если дочерние формы не отпочковываются и сохраняют связь с материнским организмом, формируются колонии (представители типа стрекающие).
Пример почкования
Фрагментация — процесс, при котором зрелые особи развиваются из отдельных частей тела взрослой особи (первичноротые, хирофитовые водоросли, водяная чума). Фрагментация возможна благодаря регенеративным способностям организма.
Фрагментация на примере белой планарии
Полиэмбриония — новые особи формируются при разделении зародыша на несколько частей (однояйцевые близнецы).
Вегетативное размножение — зарождение новых особей идет из отдельных органов материнского организма. Формирование молодого растения возможно из корневой системы, ветвей или листьев (редко).
Корень служит основой для образования придаточных почек, из которых развиваются надземные побеги. Новообразованные побеги крепятся к почве с помощью добавочных корней. После гибели материнского корня, проросшие растения начинают самостоятельную жизнь.
Вегетативное размножение способствует быстрому распространению калины, осота, кипрея узколистого. Растения из семейства бобовые или рода Вербейник размножаются при помощи поверхностных побегов, которые стелются по земле и в местах соприкосновения почвы и узлов побегов прорастают добавочные корни. Так растение начинает самостоятельное развитие.
Вегетативное размножение
Спорообразование — характерно для некоторых простейших и растений, которые могут образовывать споры. Споровые клетки, попадая во влажную среду, развиваются, достигая зрелости. Формирование споровых клеток идет в спорангиях – специальных органах покрытосеменных растений. У грибов и водорослей споры образуются из всех клеток тела.
Клонирование — один из видов бесполого размножения, применяемый учеными для копирования исходного генетического материала. Так получают идентичные копии с материнских особей.
Роль бесполого размножения
Организмы, которые размножаются бесполым путем, хорошо адаптируются к плавно изменяющимся условиям окружающей среды. Их потомство всегда множественное, быстро созревает и начинает тоже делиться, что способствует росту численности популяции. Хорошо известные виды с бесполым размножением: гидра, амеба, дрожжевые грибы.
Все клетки нашего организма постоянно обновляются, это возможно благодаря бесполому размножению. Соматические клетки делятся в процессе митоза.
Учитывая быстрые темпы созревания и деления, растения и животные, которые делятся бесполым путем, часто используются селекционерами.
Способы бесполого размножения
Бесполый — древнейший и универсальный путь увеличения числа особей, происходящий с минимальными затратами энергии.
Деление
Процесс характерен в основном для одноклеточных.
Различают три формы воспроизведения простейших существ:
- Бинарное деление — молекулы ДНК и хромосомы удваиваются. Генетический материал распределяется равномерно между двумя клетками. Характерно для бактериальных клеток, например, кишечной палочки.
- Деление клетки надвое — происходит в результате митоза. Клетки, достигнув размеров материнской, опять делятся. Например, инфузория-туфелька, амеба, эвглена зеленая.
- Множественное деление — благодаря нескольким последовательным дроблениям ядра родительская клетка становится многоядерной. Затем происходит соответствующее число клеточных делений. Такая репродукция потомства свойственна, например, паразитирующему в крови человека малярийному плазмодию.
Споры
Увеличение числа потомков с помощью спорообразования свойственно большинству грибов, водорослей, мхов, папоротников, хвощей, плаунов. Споры образуются в спорангиях. Созревая, они высыпаются на землю и прорастают, давая начало новому растению. Служат для размножения и распространения.
Споры бывают двух видов:
- со жгутиками (зооспоры) — перемещаются во влажной среде,
- без жгутиков — разносятся ветром, водой, животными, покрыты защитной оболочкой, под которой сохраняются на протяжении нескольких десятков лет до наступления благоприятных условий прорастания.
Вегетативное размножение
Смысл данного вида воспроизводства сводится к отделению многоклеточной части от материнской особи.
Высшие растения могут размножаться вегетативными органами, их частями или видоизменениями:
- корнем — корневыми черешками или отростками (слива, малина, облепиха),
- листком — целым или его частью (фиалка),
- надземными побегами: усиками (клубника), черешками (смородина), отводками (крыжовник),
- подземными побегами: клубнями (картофель), корневищами (пырей), луковицами (тюльпан).
Почкование
Некоторые одноклеточные (дрожжи, инфузории) делятся следующим образом: от большей (материнской) клетки отпочковывается меньшая (дочерняя).
Кишечнополостные (полипы, некоторые кольчатые черви) появляются за счет почек, которые, отделяясь, начинают самостоятельно развиваться. Если же «почки» навсегда остаются взаимосвязанными с матерью, то создаются колонии. Примером служат губки, коралловые полипы.
Фрагментация
Суть метода: особь разделяется на несколько фрагментов, дающих начало новым организмам. В основе процесса лежит регенерация.
Например, многощетинковый червь додекацерия полностью распадается на отдельные сегменты, каждый из которых регенерирует переднюю и хвостовую часть тела. Восстановленные фрагменты отделяются от матери, превращаясь в самостоятельные дочерние особи. В этой фазе развития материнская особь погибает из-за дефицита питательных веществ.
Кольчатые черви и морские звезды также могут образовывать новые особи при отделении фрагментов от тела. Одним из видов фрагментации является поперечное деление. Например, у плоских и многощетинковых червей.
Половое размножение
Половое размножение осуществляется при взаимодействии пары разнополых особей. Они имеют репродуктивную систему, где формируются половые клетки — гаметы. Для женских особей характерно образование яйцеклеток, а для мужских — сперматозоидов.
Формирование половых клеток называют гаметогенезом, главным моментом их образования является мейоз. Во время слияния гамет происходит оплодотворение и зарождения новой жизни. Сформированная зигота не будет точной версией родителей, потому что в процессе мейоза идет перестройка генетической информации.
На примере гидры
Гаметы у разных представителей отличаются между собой, поэтому выделяют следующие формы полового размножения: гомогамию, анизогамию и оогамию.
Гомогамия — разделение гамет на мужские и женские является условностью, потому что половые клетки организмов разных полов имеют идентичное строение и форму.
Анизогамия — половые клетки обеих полов могут передвигаться. Яйцеклетки превосходят по размеру сперматозоиды, но они почти неподвижны.
Оогамия — женские гаметы не могут самостоятельно перемещаться и намного больше мужских.
Оогамия встречается наиболее часто, свойственна многим представителям животного и растительного мира. Гомогамия и анизогамия присуща для простейших видов (фотоавтотрофные одноклеточные).
Отдельные виды водорослей и грибов могут размножаться, не образуя гамет, такие формы деления называются: гологамия и конъюгация.
В процессе гологамии одноклеточные особи с одинарным набором хроматид сливаются между собой, тем самым берут на себя роль половых клеток. Новообразованная зигота следом делится мейотическим путем, образуя 4 гаплоидные особи.
Деление путем конъюгации характерно для грибов, при этом идет слияние между гаплоидными клетками нитей таллома. После обмена информацией формируются диплоидные зародышевые клетки.
Роль полового размножения
Половое размножение важное природное явление, обеспечивающее высокий уровень изменчивости и дает возможность выживать в резко меняющихся условиях. Именно поэтому половое размножение превосходит бесполое, при котором все оставленное потомство унаследует точную копию генома родителей
При половом делении идет перестройка генетического кода, что проявляется разнообразием признаков у потомков. Возникновение новых характеристик, адаптационных механизмов является основой для эволюционных процессов. Поэтому половое размножение занимает главное положение в природе.
Размножение спорами
Многие растения и грибы используют споры как вид бесполого размножения. Эти типы организмов подвергаются жизненному циклу, называемому чередованием поколений, при котором они проходят разные фазы своей жизни, характеризующиеся наличием диплоидных или гаплоидных клеток. Во время диплоидной фазы они называются спорофитами и производят диплоидные споры, которые используются для бесполого размножения. Виды, которые образуют споры, не нуждаются в партнере или оплодотворении, чтобы произвести потомство. Так же, как и все другие виды бесполого размножения, потомство организмов, которые размножаются, является клонами родителя. Примеры организмов, производящих споры, включают грибы и папоротники.
Размножение спорами
Бесполое размножение может быть организовано при помощи спор. Это специальные гаплоидные клетки у растений и грибов, которые служат для расселения и размножения. Но нельзя путать споры растений, грибов и споры бактерий. Бактериальные споры – это клетки, находящиеся в покое и имеющие сниженный метаболизм. Они окружены многослойной оболочкой, устойчивы к высыханию и прочим неблагоприятным условиям, которые могут вызвать гибель обычных клеток. Возникновение спор необходимо не только для выживания, но и для расселения бактерий. Попадая в нужную среду, спора прорастает и превращается в делящуюся клетку.
У низших растений и грибов споры возникают в процессе митоза (митоспоры), у высших растений – в результате мейоза (мейоспоры). Последние содержат гаплоидный набор хромосом и способны дать начало поколению, которое не похоже на материнское, и размножаться оно будет уже половым путем. Возникновение мейоспор связывают с чередованием поколений – полового и бесполого, которое дает споры.
Оплодотворение у цветковых растений и позвоночных животных
По наличию гамет растительные организмы относят к двудомным и однодомным. Первые — это мужские и женские особи. У однодомных есть и мужские, и женские цветки на одном растении, как у огурца. Двудомные — растения, несущие либо только женские, либо только мужские цветки, как у тополя, облепихи, ивы.
Встречаются двуполые(гермафродитные) организмы. У простейших, кишечнополостных, плоских червей, дождевого червя, некоторых рыб, моллюсков, ящериц, одна и та же особь производит мужские и женские половые клетки. Также, к гермафродитным организмам относятся многие цветковые растения.
Оплодотворением называют процесс слияния мужской клетки и женской, с образованием зиготы. В отличие от гамет, она имеет диплоидный набор хромосом. Зигота делится, из нее развивается зародыш.
Для оплодотворения необходимы следующие условия:
- одновременное созревание мужских и женских половых клеток;
- доставка созревших мужских гамет к женским;
- биологическая совместимость половых клеток.
У растений может происходить оплодотворение мужскими гаметами, произведенными одной особью, женских половых клеток, созревших на другой особи. Возможно, и проникновение собственных сперматозоидов при самоопылении.
Оплодотворение начинается в момент сближения и проникновения сперматозоида в яйцеклетку. Происходит слияние ядер двух половых клеток. Формируются нити веретена первого деления. Образуются две первые клетки нового организма.
Двойное оплодотворение у растений
Опыление — перенос пыльцы, содержащей мужские гаметы (спермии), на рыльце пестика. Только после этого возможно оплодотворение.
Рис. 5 Двойное оплодотворение в цветке
Этапы:
- Пыльца прорастает. Образуется пыльцевая трубка, которая удлиняется в сторону завязи пестика. По этому каналу два спермия передвигаются к зародышевому мешку.
- Один спермий сливается с яйцеклеткой. Образуется зигота, имеющая диплоидный набор хромосом. Впоследствии из зиготы развивается зародыш.
- Второй спермий сливается с центральной, уже диплоидной клеткой. В результате образуется эндосперм — запасающая ткань.
Протекание этапов оплодотворения изучил С.Г. Навашин в 1898 г. Процесс назвали двойным оплодотворением. Участвуют два спермия и одна яйцеклетка. Второй и третий этапы двойного оплодотворения протекают в завязи пестика, где расположен зародышевый мешок с семязачатком.
После оплодотворения происходят митотические деления зиготы, образуется зародыш. Питательные вещества для роста и развития находятся в эндосперме.
Оплодотворение у животных
У позвоночных сближение гамет возможно при синхронизации их выведения из мужского и женского организмов. Облегчает оплодотворение выделение яйцеклеткой особых химических факторов, «направляющих» сперматозоид в пространстве.
Виды
Существует несколько способов размножения бесполым путём. Особенности описаны в таблице “Виды бесполого размножения”.
|
Вид |
Особенности |
Примеры |
|
Деление |
Образование дочерних клеток из одной родительской клетки. Деление может быть однократным (на две части) или многократным (более 1000 дочерних клеток) |
Амёба, хламидомонада, хлорелла, бактерии |
|
Спорообразование |
Высвобождение спор из специальных органов – спорангий. Споры имеют защитную оболочку, которая разрушается при благоприятных для развития условиях |
Грибы, папоротники, мхи, водоросли |
|
Почкование |
Создание потомства из тканей родительского тела путём выпячивания и отделения |
Гидра |
|
Фрагментация |
Образование нового организма из отдельных сегментов или частей родительской особи |
Ленточные черви, водоросли, кишечнополостные |
|
Вегетативное размножение |
Естественное или искусственное выращивание новых особей из вегетативных органов растений |
Герань, фиалка, бегония |
Рис. 2. Споры папоротника.
Деление характерно только для одноклеточных организмов. Многоклеточные животные размножаются почкованием и фрагментацией. Для растений характерно спорообразование и вегетативное размножение. Грибы размножаются только спорами.
Общая характеристика бесполого размножения
В осуществлении бесполого размножения участвует одна отдельная особь того или иного вида, при этом образования гамет не происходит, возникает идентичное по наследственным признакам потомство, если под влиянием внешних условий не происходит мутаций (изменений в строении генов или хромосом).
Потомство, возникающее в результате бесполого размножение от отдельной особи, называется клоном. Различают несколько типов бесполого размножения, которые рассмотрены ниже.
Многие простейшие организмы размножаются простым делением, которое может быть амитотическим (например, корненожки) или митотическим (одноклеточные водоросли, инфузории и т. д.). В большинстве случаев происходит деление, при котором образуются две дочерние клетки.
В природе бывает и такой принцип деления, при котором из одной родительской клетки образуется большое число дочерних. Такое деление называют множественным. Примером организмов, у которых осуществляется множественное деление, является малярийный плазмодий (возбудитель малярии). Это деление происходит на определенной стадии развития (шизогонии), во время которой в материнской клетке ядро делится многократно, образуя до тысячи новых ядер. Эти ядра впоследствии превращаются в клетки.
Почкование
Размножение почкованием сводится к тому, что на родительском организме возникает вырост («почка»), который через некоторое время отделяется от данного организма и из него развивается новый организм, совершенно подобный родительскому. Так размножаются кишечнополостные, одноклеточные грибы (например, дрожжи) и т. д.
Фрагментация
Размножение, при котором исходный родительский организм разделяется на несколько частей (две, три, четыре и т. д.) и при этом каждая дает начало новому организму, называется фрагментацией. Так размножаются нитчатые водоросли, например спирогира. Встречается фрагментация и у животных, например у примитивных червей. К фрагментации тесно примыкает явление регенерации, когда из отдельных частей организма (при нарушении его целостности) возникают новые организмы. Регенерация как способ размножения характерна для организмов с низким уровнем организации (кишечнополостные, некоторые черви и т. д.). У высших организмов тоже возможна регенерация, но она не приводит к появлению новых организмов (например, восстановление хвоста у ящериц при его потере).
Вегетативное размножение
Размножение организма с помощью вегетативных органов называется вегетативным размножением. Это размножение характерно для высших растений. Растения могут размножаться с помощью стеблей, листьев и особых образований: корневищ, луковиц, клубней, корнеплодов и т. д. Способность растений к вегетативному размножению является важным отличием их от животных.
Размножение спорами или бесполое размножение
Многие организмы размножаются особыми клетками — спорами: бактерии, грибы, растения. Для бактерий спора является «средством» для перенесения неблагоприятных условий жизни и способом расселения в среде обитания.
Для растений и грибов споры являются клетками, из которых формируется особое поколение организмов — гаметофит. Для этих организмов споры — мелкие гаплоидные клетки, покрытые плотной оболочкой, устойчивые к воздействию внешних неблагоприятных факторов среды, дающие начало половому поколению данных организмов. Эти споры служат и для размножения, и для перенесения неблагоприятных условий жизни (кроме семенных растений), и для расселения организма в среде обитания. Споры высших растений и грибов образуются в результате спорообразования, которое сопровождается редукцией числа хромосом, т. е. споры образуются в результате мейотического деления. Собственно бесполое размножение растений и грибов, при котором происходит строгое чередование бесполого (спорофит) и полового (гаметофит) поколений, является специфической особенностью этих царств организмов и отличает их от организмов царства животных.
У некоторых водорослей образуются особые, подвижные споры (зооспоры), которые при определенных условиях могут выполнять функции гамет (например, у хламидомонады — одноклеточной зеленой водоросли).
Стадии митоза
Последовательность всех процессов, которые протекают при образовании новых клеток, именуют клеточным циклом. Он состоит из трех этапов: интерфаза, митоз, цитокинез. Продолжительность цикла зависит как от видов клеток, так и от внешних факторов. Влияет температура, наличие питательных веществ, кислорода. Например, в кишечном эпителии такое образование новых клеток происходит каждые 8-10 минут, в бактериях – каждые 20 минут.
Начинается процесс с интерфазы. В это время идут процессы интенсивного роста. Вырабатываются вещества, которые способствуют увеличению клетки и выполнению ею всех возложенных функций. Во время интерфазы идет репликация ДНК.
Непосредственно во время фазы митоза происходит деление ядра. Хроматиды во время данного процесса отделяются друг от друга и перераспределяются между образованными дочерними клетками в виде хромосом.
Процесс, во время которого разделяется между новыми образованиями цитоплазма, называется цитокинезом.
Во время митоза образуются клетки, в которых наследственная информация полностью идентична материнскому организму. В течение этого процесса число хромосом удваивается.
Дополнительные методы
Бинарное деление встречается у прокариот. Его суть в том, что хромосома прикрепляется к мембране и перемещается от изначального места расположения на обеих нитях (когда образуются новые, происходит удаление каждой точки от стенки к противоположным концам клетки). По мере удлинения в переносе участвует мембрана. Затем начинается цитоплазматическое разделение, образуется перегородка между нуклеотидами. Она постепенно распространяется к центру. Разделение происходит, когда появившиеся клеточные стенки оказываются на своем месте.
Вегетативный способ подразумевает возникновение особи из какой-либо многоклеточной части тела родителя. Он встречается у грибов и водорослей (происходит за счет отделения неспециализированных участков таллома) и растений, у которых укореняются побеги.
У типа размножения, которым является бесполое, существуют разные виды. Все они обладают своими особенностями.
