Цикле развития преобладает спорофит
Роль полового размножения в живой природе.
При половом размножении постоянно создаются новые комбинации генов, что увеличивает генетическое разнообразие потомства и, соответственно, шансы приспособиться к меняющимся условиям среды. Создание новых комбинаций генов происходит в процессе мейоза. Мейоз имеет место в ходе образования гаплоидных клеток (спор или гамет) из диплоидных клеток. При этом хромосомы, доставшиеся организму от матери и отца, перестают существовать как целое — в результате кроссинговера образуются новые варианты хромосом, скомбинированные из отцовских и материнских. Таким образом, хромосомы детей, как правило, не идентичны хромосомам родителей — они содержат другие комбинации аллелей (вариантов генов).
В ходе мейоза происходит редукция хромосомного набора — образование из диплоидной клетки 4 гаплоидных клеток (n), у которых каждая хромосома представлена уже не парой сестринских хроматид, а 1 хроматидой. У человека путем мейоза образуются половые клетки (гаметы), каждая из них несет 23 хромосомы.
Диплоидность клеток в жизненном цикле восстанавливается при оплодотворении — слиянии гамет. При этом объединяются два разных хромосомных набора из двух различных геномов (генома матери и генома отца).
Типы жизненных циклов.
Различные организмы демонстрируют большое разнообразие жизненных циклов, однако во всех типах жизненных циклов можно выделить диплоидную фазу, или диплофазу (от оплодотворения до мейоза) и гаплоидную фазу, или гаплофазу (от мейоза до следующего оплодотворения).
Например, у животных (на рисунке слева) гаплоидны только гаметы, у растений (на рисунке по центру) есть диплоидное поколение (спорофит) и гаплоидное поколение (гаметофит), в то время как у многих одноклеточных преобладает гаплоидная фаза, а зигота после оплодотворения делится путем мейоза, в результате чего снова получаются гаплоидные клетки.
Жизненные циклы растений.
У низших растений встречаются все вышеперечисленные типы жизненных циклов. Так, преобладание диплофазы характерно для фукуса (бурая водоросль), диатомовых и некоторых зеленых водорослей (кодиум, кладофора). Гаметофит и спорофит имеются, например, у порфиры (красная водоросль), ламинарии (бурая водоросль), ульвы (зеленая водоросль). Наконец, у хламидомонады, хары и спирогиры преобладает гаплофаза, а единственной диплоидной стадией в жизненном цикле является зигота.
У высших растений в жизненном цикле представлены как гаметофит, так и спорофит. У мхов привычные нам зеленые растения являются гаплоидными. На них формируются органы полового размножения: антеридии, в которых образуются многочисленные сперматозоиды, и архегонии, в каждом из которых имеется одна яйцеклетка. Образующиеся гаметы после оплодотворения дают начало диплоидной стадии, которая развивается непосредственно на гаплоидной. Спорофит мхов состоит из гаустории, с помощью которой он прикрепляется к гаметофиту, ножки и коробочки. Спорофит мхов не способен к фотосинтезу и живет за счет гаплоидной части растения, поэтому как правило имеет коричневый цвет. Внутри коробочки множество клеток делится мейозом, образуя гаплоидные споры. Споры дают начало новым зеленым гаплоидным растениям. Таким образом, преобладающей стадией в жизненном цикле мхов является гаплоидная.
Основная жизненная стадия у сосудистых растений (плауны, хвощи, папоротники, семенные) — диплоидная. На листьях папоротников или в специальных структурах у хвощей и плаунов образуются спорангии, в которых в результате мейоза формируются мелкие одноклеточные споры. Разлетаясь и попадая в подходящие условия, они дают начало гаплоидной стадии — заростку. На заростках образуются антеридии и архегонии, формируются гаметы, происходит оплодотворение, и из зиготы развивается диплоидное растение.
У семенных растений самостоятельной гаплоидной стадии не существует, она представлена группами клеток, развивающихся в специальных органах диплоидных родительских организмов. Некоторое время отдельно существует только мужской гаметофит в виде пыльцевого зерна, но в нем в это время не происходит заметных процессов жизнедеятельности. Женский гаметофит голосеменных растений представляет собой первичный эндосперм, у цветковых растений редуцированным женским гаметофитом является зародышевый мешок. После оплодотворения развившийся из зиготы новый диплоидный организм проходит первые этапы развития также под защитой материнского организма.
Источник
Спорофит и гаметофит – поколения в жизненном цикле растений, которые постоянно чередуются друг с другом. Это означает, что у них происходит чередование полового с бесполым размножением.
Гаметофит отвечает за половое размножение, а спорофит – за бесполое. Тема, возможно, кажется нелегкой для школьников, однако вопросы по ней часто встречаются в заданиях в ЕГЭ и ОГЭ по биологии, потому следует разобраться.
Что такое гаметофит и спорофит в биологии
Спорофит – одно из чередующихся поколений, относится к бесполому. Многоклеточная диплоидная фаза, происходящая в период жизни водорослей и растений.
Бесполое развитие происходит из зиготы, в которой появляются споры. Образование зиготы происходит на половой гаплоидной фазе из женской яйцеклетки, оплодотворенной мужской гаметой.
Гаметофит — гаплоидная или половая фаза в жизненном цикле растений, которая, в свою очередь, развивается из спор и производит половые мужские и женские клетки, или гаметы. Когда гаметы сливаются вместе или оплодотворяются, снова наступает гаплоидное поколение.
Гаметы бывают двух видов:
Мужские гаметы. Появляются из мужских гаметангий – антеридий. У споровых и водорослей они называются сперматозоидами, у семенных – спермиями. Отличаются между собой подвижностью, сперматозоиды имеют жгутики, поэтому могут двигаться.
Женские гаметы, представляющие собой неподвижные яйцеклетки. Образуются в женских гаметангиях, которые носят название – архегонии.
У наземной растительности оплодотворение яйцеклетки происходит в архегонии, после которого появляются споры. Жизненный цикл продолжает свое чередование.
Чередование поколений особо выражено у споровых растений. У папоротников, плаунов, хвощей гаметофит находится раздельно от спорофита, но преобладает гаплоидность.
Гаметофит выражен недолговечным маленьким ростком, на котором затем вырастает спорофит. У мхов нет разделения между фазами, коробочка со спорами развивается на гаметофите.
Цветковые или покрытосеменные растения для размножения используют опыление, когда мужские гаметы в тычинках переносятся к женским в пестиках. У голосеменных растений семена находятся в открытом виде – шишках, и оплодотворение происходит, как и у покрытосеменных.
Однако семя голосеменных развивается из семязачатка, который открыт на семенной чешуе, у покрытосеменных оно находится внутри плода.
Схема жизненного цикла высших растений проста: постоянное чередование полового (гаплоидного) с бесполым (диплоидным) поколением.
Таблица «Отличия гаметофита и спорофита у растений»
Гаметофит и спорофит могут отличаться по размеру и этапам формирования.
Гаметофит | Спорофит |
Относятся к гаплоидам, имеют только один набор хромосом. | Относятся к диплоидам из-за наличия двух наборов хромосом. |
Размножение происходит половым путем. | Размножение происходит бесполым способом. |
Для процесса характерно образование гамет – мужских и женских половых клеток: спермий, яйцеклеток и сперматозоидов. | Для стадии характерно образование специальной клетки – споры, предназначенной бесполому размножению. |
Образование гамет происходит, когда в гаметофите начинается деление (митоз) из гаплоидных клеток. | Образование спор происходит, когда в спорофите начинается деление (мейоз) из диплоидных клеток. |
При оплодотворении женской гаметы мужскими образуется зигота. Затем из зиготы образуются споры. | Когда спора делится способом, который называется митоз, наступает диплоидная фаза жизненного цикла. |
Почему в жизненном цикле растений преобладает спорофит?
Преимущества спорофита:
в водной среде происходит передвижение гамет, а на поверхности земли растения не способны перемещать свои споры;
из-за изменчивых условий на поверхности земли диплоидным организмам легче сохранить рецессивные признаки, которые могут стать необходимыми для выживания в изменившейся среде обитания.
В жизни покрытосеменных, голосеменных, большей части споровых, кроме мхов, преобладает гаплоидность. Обусловлено это тем, что в природе важно наличие семени для дальнейшей жизни.
Гаметофит – это, непосредственно, оплодотворение, а спорофит – появление спор. Споры необходимы для дальнейшего распространения, произрастания вида растения на земле.
Именно диплоидный вид организма способен вынести меняющиеся условия наземной жизни.
Споры папоротника
Поэтому диплоидное поколение преобладает у наземных растений, у подводной растительности – водорослей преобладает гаплоидная часть. Даже одноклеточные водоросли – хламидомонады, имеют преобладающую гаплоидность на протяжении своей жизни.
Примеры решения задач
Задача 1
Какой хромосомный набор у клеток гамет и заростка папоротника? Каким способом происходит деление этих клеток?
Решение.
Заросток с гаметой папоротника обладают гаплоидным набором хромосом. Гаметы папоротника образуются с помощью митоза из клеток гаметофита в архегониях.
Задача 2
У соматических кукурузных клеток 20 хромосом. Какой набор хромосом содержат клетки пыльцы?
Решение.
В генеративной клетке пыльцы содержится 10 хромосом, так как она образуется в процессе митоза.
Задача 3
Каким хромосомным набором обладают листья и заросток папоротника? Каким видом деления и из чего образуются эти клетки?
Решение.
Взрослые клетки листьев характеризуются диплоидном хромосомным набором, заростка – гаплоидным, так как образуется из споры.
Источник
В жизненном цикле растений имеются две стадии: спорофит и гаметофит:
- спорофит делает споры (путем мейоза);
- спора прорастает в гаметофит (заросток*);
- гаметофит делает** гаметы (путем митоза);
- после оплодотворения получается зигота, из которой вырастает спорофит.
Зигота и спорофит диплоидные (2n). Все остальные гаплоидные (споры, гаметофит и гаметы – n).
У мхов спора сначала прорастает в зеленую нить предросток (протонему), а уже из предростка вырастает гаметофит. Гаметофит мхов (зеленое растение со стеблем и листьями) больше, чем спорофит (коробочка на ножке), таким образом, у мхов гаметофит преобладает над спорофитом.
У всех остальных высших растений наоборот – спорофит преобладает над гаметофитом.
У высших споровых растений (мхов, папоротников, хвощей и плаунов) споры разносятся ветром.
У семенных растений (голосеменных и покрытосеменных) споры прорастают прямо внутри спорофита. Внутри семязачатка макроспора прорастает в женский гаметофит, в нём образуется яйцеклетка. Внутри пыльцевого мешка микроспора превращается в мужской гаметофит – пыльцевое зерно, в нем образуются спермии. У покрытосеменных растений происходит двойное оплодотворение.
================
* Гаметофит называется заростком только у папоротников, хвощей и плаунов.
** Половые клетки образуются в половых органах гаметофита: женские – в архегониях, мужские – в антеридиях.
Еще можно почитать
ПОДРОБНЫЕ КОНСПЕКТЫ: Мхи, Папоротники, Хвощи, плауны, Чем семенные растения лучше высших споровых, Отдел голосеменные, Жизненный цикл сосны обыкновенной, Чем цветковые (покрытосеменные) растения лучше всех остальных, Оплодотворение у цветковых растений
ЗАДАНИЯ ЧАСТИ 2 ЕГЭ ПО ЭТОЙ ТЕМЕ
Задания части 1
Выберите один, наиболее правильный вариант. Спермии у растений образуются в результате
1) митоза
2) оплодотворения
3) мейоза
4) роста
МХИ
1. Установите правильную последовательность в смене стадий в цикле развития мха, начиная с образования спор. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) образование спорофита
2) образование зеленой нити (протонемы)
3) формирование взрослого гаметофита
4) образование спор
5) оплодотворение
2. Установите последовательность стадий жизненного цикла мха сфагнума, начиная с оплодотворения. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) оплодотворение
2) развитие листостебельного растения
3) развитие коробочки на ножке
4) развитие половых органов и гамет
5) развитие спор
6) прорастание протонемы
3. Установите последовательность стадий в жизненном цикле зеленого мха, начиная с прорастания споры. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) развитие листостебельного растения
2) созревание спор в спорангии
3) прорастание споры и образование протонемы
4) образование гамет и оплодотворение
5) формирование молодого спорофита из зиготы
4. Определите последовательность процессов, происходящих в жизненном цикле мха кукушкин лен, начиная с результата слияния гамет. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) формирование протонемы
2) образование гамет
3) деление клеток спорангия мейозом
4) развитие спорофита
5) образование зиготы
Проанализируйте таблицу «Цикл развития мха». Для каждой ячейки, обозначенной буквой, выберите соответствующий термин из представленного списка.
1) ризоиды
2) листостебельное растение
3) коробочка на ножке
4) диплоидная
5) гаплоидная
6) заросток
7) спора
8) побег
Установите соответствие между стадией развития мха кукушкин лён и её плоидностью: 1) Гаплоидная, 2) Диплоидная. Запишите цифры 1 и 2 в правильном порядке.
А) Спора
Б) Протонема (зелёная нить)
В) Листостебельное растение
Г) Коробочка
Д) Гаметы
Е) Зигота
МХИ – ПОКРЫТОСЕМЕННЫЕ
Установите соответствие между процессами в жизненных циклах и отделами растений: 1) Покрытосеменные, 2) Моховидные. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам.
А) участие воды в оплодотворении
Б) образование спорогона на гаметофите
В) формирование мегаспоры в семязачатке
Г) образование протонемы
Д) митоз генеративной клетки пыльцового зерна
Е) двойное оплодотворение
ПАПОРОТНИКИ
1. Установите последовательность стадий развития папоротника, начиная с момента прорастания спор. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) оплодотворение на заростке
2) формирование гамет на гаметофите
3) прорастание споры и формирование заростка
4) развитие из зиготы побега с придаточными корнями
5) формирование многолетнего растения (спорофита)
2. Установите последовательность стадий развития папоротника, начиная с прорастания споры. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) образование гамет
2) оплодотворение и образование зиготы
3) развитие взрослого растения (спорофит)
4) образование заростка
3. Установите правильную последовательность жизненного цикла папоротника, начиная с взрослого растения. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) Спорофит
2) Заросток
3) Споры
4) Зигота
5) Гаметы
4. Определите последовательность стадий развития папоротника, начиная с оплодотворения. Запишите цифры, под которыми они указаны.
1) развитие заростка
2) оплодотворение
3) развитие спорофита
4) образование архегониев и антеридиев
5) образование спорангиев
6) прорастание споры
5. Установите последовательность этапов жизненного цикла папоротника, начиная с формирования взрослого растения. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) образование коробочек на вайях
2) созревание гамет
3) развитие заростка
4) образование зиготы
5) формирование спорофита
6. Установите последовательность развития папоротников, начиная со взрослого организма. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) развитие на нижней стороне заростка мужских и женских гамет
2) образование на нижней стороне листа папоротника спорангиев со спорами
3) передвижение сперматозоидов к яйцеклетке с помощью воды, оплодотворение
4) прорастание споры и развитие из неё маленькой зелёной пластинки – заростка
5) развитие из зиготы зародыша, который превращается во взрослое растение
ПАПОРОТНИКИ ПЛОИДНОСТЬ
1. Установите соответствие между стадией развитие папоротника и ее плоидностью: 1) гаплоидная, 2) диплоидная. Запишите цифры 1 и 2 в правильном порядке.
А) спора
Б) заросток
В) зрелый спорофит
Г) молодой спорофит
Д) гамета
2. Выберите гаплоидные стадии развития папоротника. Определите два организма имеющие гаплоидный набор, и запишите цифры, под которыми они указаны.
1) спермий
2) спорангий
3) листья
4) спора
5) зигота
ХВОЩИ – ПЛАУНЫ
1. Установите последовательность стадий развития хвоща, начиная с момента прорастания спор. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) оплодотворение на заростке
2) формирование гамет на гаметофите
3) прорастание споры и формирование заростка
4) митоз зиготы и развитие проростка
5) формирование на спорофите вегетативных органов и спороносного колоска
2. Установите последовательность процессов в цикле развития хвоща, начиная с оплодотворения
1) развитие взрослого растения (спорофита)
2) развитие заростка
3) созревание спор
4) образование мужских и женских гамет
5) образование зиготы
ЦВЕТКОВЫЕ
1. Какой хромосомный набор характерен для клеток зародыша семени, эндосперма семени, листьев ячменя? Запишите три числа в порядке, указанном в задании, без разделителей (пробелов, запятых и т.п.).
2. Какой хромосомный набор характерен для клеток эндосперма семян, яйцеклетки и корня цветкового растения? Запишите три цифры в порядке, указанном в задании, без разделителей (пробелов, запятых и т.п.).
3. Какой хромосомный набор характерен для клеток эндосперма семени, спермия и листьев вишни? Запишите три цифры в порядке, указанном в задании, без разделителей (пробелов, запятых и т.п.).
4. Какой хромосомный набор характерен для вегетативной, генеративной клеток и спермиев пыльцевого зерна цветкового растения? Запишите три числа в порядке, указанном в задании, без разделителей (пробелов, запятых и т.п.).
5. Какой хромосомный набор характерен для макроспоры, из которой в дальнейшем формируется восьмиядерный зародышевый мешок, и яйцеклетки цветкового растения? Запишите два числа в порядке, указанном в задании, без разделителей (пробелов, запятых и т.п.).
ГОЛОСЕМЕННЫЕ
Какой хромосомный набор характерен для клеток чешуек мужской шишки и микроспоры ели? Запишите два числа в порядке, указанном в задании, без разделителей (пробелов, запятых и т.п.).
Какой хромосомный набор характерен для клеток пыльцевого зерна и спермиев сосны? Запишите два числа в порядке, указанном в задании, без разделителей (пробелов, запятых и т.п.).
Какой хромосомный набор характерен для клеток материнской клетки микроспор перед началом деления и для каждой клетки тетрады микроспор перед началом деления? Запишите два числа в порядке, указанном в задании, без разделителей (пробелов, запятых и т.п.).
ПАПОРОТНИКИ
Какой хромосомный набор характерен для спор и клеток заростка папоротника? Запишите два числа в порядке, указанном в задании, без разделителей (пробелов, запятых и т.п.).
Какой хромосомный набор характерен для клеток спорофита и клеток заростка папоротника? Запишите два числа в порядке, указанном в задании, без разделителей (пробелов, запятых и т.п.).
Какой хромосомный набор характерен для клеток листьев и спор папоротника? Запишите два числа в порядке, указанном в задании, без разделителей (пробелов, запятых и т.п.).
Какой хромосомный набор содержится в заростке папоротника перед началом образования сперматозоидов и перед первым делением зиготы? Запишите два числа в порядке, указанном в задании, без разделителей (пробелов, запятых и т.п.).
ХВОЩИ, ПЛАУНЫ
Какой хромосомный набор характерен для гамет (яйцеклетки и сперматозоидов) и спор хвоща полевого? Запишите два числа в порядке, указанном в задании, без разделителей (пробелов, запятых и т.п.).
МХИ
1. Какой хромосомный набор в клетках взрослого растения и спорах кукушкина льна? Запишите два числа в порядке, указанном в задании, без разделителей (пробелов, запятых и т.п.).
2. Какой хромосомный набор характерен для клеток взрослого растения и споры сфагнума? Запишите два числа в порядке, указанном в задании, без разделителей (пробелов, запятых и т.п.).
3. Определите число хромосом (n) при образовании споры кукушкина льна в начале деления спорогония и после первого деления. Запишите два числа в порядке, указанном в задании, без разделителей (пробелов, запятых и т.п.).
4. Какой хромосомный набор характерен для спор и гамет растения кукушкин лен? Запишите два числа в порядке, указанном в задании, без разделителей (пробелов, запятых и т.п.).
ВОДОРОСЛИ
У хламидомонады преобладающим поколением является гаметофит. Определите хромосомный набор спор и гамет хламидомонады. Запишите два числа в порядке, указанном в задании, без разделителей (пробелов, запятых и т.п.).
У зеленой водоросли улотрикса преобладающим поколением является гаметофит. Какой хромосомный набор имеют клетки взрослого организма и спорофита? Запишите два числа в порядке, указанном в задании, без разделителей (пробелов, запятых и т.п.).
ОДНО ЧИСЛО
Какой хромосомный набор характерен для макроспоры, из которой в дальнейшем формируется восьмиядерный зародышевый мешок и яйцеклетка цветкового растения? В ответ запишите только число.
В соматической клетке спорофита цветкового растения 24 хромосомы. Сколько хромосом в микроспоре этого растения? В ответе запишите только число.
Рассмотрите схему онтогенеза листостебельного мха. Определите две стадии онтогенеза с диплоидным набором хромосом и запишите цифры, под которыми они указаны.
ВООБЩЕ
Установите последовательность развития растений, начиная со споры. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) гаметофит
2) оплодотворение
3) спора
4) зигота
5) гаметогенез
6) спорофит
Установите соответствие между видом клетки и способом её образования: 1) митоз, 2) мейоз. Запишите цифры 1 и 2 в правильном порядке.
А) спора мха
Б) сперматозоид мха
В) сперматозоид обезьяны
Г) яйцеклетка подсолнечника
Д) микроспоры мака
Е) клетка архегония папоротника
ВООБЩЕ ДИПЛОИДНОСТЬ
Выберите две клетки, в которых набор хромосом диплоиден. Запишите цифры, под которыми они указаны.
1) Клетки заростка папоротника
2) Клетки коробочки мха
3) Спермии ржи
4) Споры хвоща
5) Клетки камбия липы
ВООБЩЕ ГАПЛОИДНОСТЬ
Выберите клетки, в которых набор хромосом гаплоиден. Определите три верных утверждения и запишите цифры, под которыми они указаны.
1) клетки заростка папоротника
2) клетки коробочки мха
3) клетки камбия липы
4) спермии ржи
5) клетки эндосперма пшеницы
6) споры хвоща
Все приведённые ниже примеры клеток, кроме двух, имеют гаплоидный набор хромосом. Определите два примера, «выпадающих» из общего списка, и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны.
1) клетка эндосперма семени томата
2) спермий шиповника
3) клетка заростка папоротника
4) зигота водоросли улотрикса
5) вегетативная клетка пыльцевого зерна тополя
Все приведённые ниже примеры клеток, кроме двух, имеют гаплоидный набор хромосом. Определите два примера, «выпадающих» из общего списка, и запишите цифры, под которыми они указаны.
1) клетки листа вишни
2) бластомер эмбриона кошки
3) клетка заростка папоротника
4) клетки эндосперма семени сосны
5) спора кукушкина льна
© Д.В.Поздняков, 2009-2020
Источник