Оплодотворение - что такое и как происходит? Двойное оплодотворение у цветковых. Оплодотворение Что происходит в результате оплодотворения объединяется

Фаза I I – в ней происходит акросомная реакция. Наружная мембрана сперматозоида разрывается, высвобождаются протеолитические ферменты и растворяют оболочку яйцеклетки. Плазматические мембраны сливаются, цитоплазмы соединяются. В цитоплазму яйцеклетки переходят ядро и центриоль сперматозоида. Хвостовая часть рассасывается. Затем яйцеклетка активируется, меняется её потенциал и отслаивается её желточная оболочка и образуется оболочка оплодотворения (кортикальная реакция). Активация заканчивается началом синтеза белка.

Фаза III – сингамия . В ней выделяют:

Стадия 2 х пронуклеусов – мужское ядро набухает, принимает вид профазного, за это время удваивается ДНК и мужской пронуклеус получает гаплоидный набор редуплецированных хромосом (n2c). Яйцеклетка в момент встречи со сперматозоидом находится в стадии мейоза, заблокированной с помощью специального фактора. После встречи со сперматозоидом, яйцеклетка активируется и блок снимается. Ядро яйцеклетки, закончившее мейоз, превращается в женский пронуклеус, так же приобретая набор хромосом n2c.

Стадия синкариона – слияние ядерного материала и образование зиготы.

Первое митотическое деление зиготы приводит к образованию двух клеток зародыша (бластомеров) с набором хромосом 2n2c в каждом.

Партеногенез

дочерний организм иногда развивается из неоплодотворенной яйцеклетки. Это явление называют девственным развитием или партеногенезом . Источником наследственного материала для развития потомка в этом случае обычно служит ДНК яйцеклетки - гиногенез . Реже наблюдается андрогенез - развитие потомка из клетки с цитоплазмой ооцита и ядром сперматозоида. Ядро женской гаметы в случае андрогенеза погибает.

Оплодотворение - это процесс слияния двух клеток, в результате чего происходит образование новой клетки, дающей начало другому организму этого же рода или вида. Что такое у цветковыхрастений и как оно происходит, читайте в данной статье.

Сущность оплодотворения

Оно происходит в результате слияния двух клеток, женской и мужской, и возникновения диплоидной зиготы. В каждой паре хромосом присутствует одна отцовская и одна материнская клетка. Сущность процесса оплодотворения заключается в том, чтобы восстановить и объединить наследственный материал родителей. Их потомство будет более жизнеспособным, так как соединит в себе самые полезные качества от отца и матери.

Оплодотворение - что такое?

Это процесс побуждения яйца к развитию в результате объединения ядер. Оплодотворение - что такое? Это необратимый процесс, который происходит в результате слияния разнополых гамет и объединения их ядер. не подвергается этой процедуре второй раз.

Но существуют растения, которые воспроизводят новое поколение только при помощи женской гаметы без оплодотворения. Такое размножение называется девственным. Примечательно, что эти два способа размножения у одного вида растений могут чередоваться.

Двойное оплодотворение цветковых растений

Обоих начал называются гаметами. Причем женскими являются яйцеклетки, а мужскими - спермии, которые у растений семенных неподвижные, а у споровых - подвижные. Оплодотворение - что такое? Это появление особой клетки - зиготы, содержащей наследственные признаки спермия и яйцеклетки.

Обладают сложным оплодотворением, которое называется двойным, поскольку, кроме яйцеклетки, оплодотворяется еще одна особая клетка. Формирование спермий происходит в пылинках пыльцы, а их созревание осуществляется в тычинках, точнее в их пыльниках. Местом образования яйцеклеток являются семязачатки, расположенные в завязи пестика. Когда яйцеклетка оплодотворится спермием, из семязачатка начинают развиваться семена.

Чтобы оплодотворение у цветковых произошло, сначала нужно опылить растение, то есть на рыльце пестика должны попасть пылинки пыльцы. Оказавшись на рыльце, они начинают прорастать внутрь завязи, в результате чего образуется пыльцевая трубка. Одновременно с этим в пылинке происходит образование двух спермиев. Они не стоят на месте, а начинают продвигаться к пыльцевой трубке, которая проникает в семязачаток. Здесь в результате деления и удлинения одной клетки происходит образование зародышевого мешка.

Он нужен для расположения в нем яйцеклетки и еще одной клетки, в которой сосредоточен двойной набор наследственной информации. После этого происходит прорастание пыльцевой трубки в зародышевый мешок и слияние одного спермия с яйцеклеткой, в результате которого образуется зигота, а другого - с клеткой особой. Развитие зародыша происходит из зиготы. Второе слияние образует питательную ткань, или эндосперм, необходимый для питания зародыша в период роста.

Что нужно для существования каждого вида растений?

• Прежде всего необходимо восстановить диплоидный набор хромосом, а в его пределах - их парность.
• Обеспечить материальную непрерывность между поколениями, следующими чередой.
• Объединить в одном виде или роде наследственные свойства двух родителей.

Все это осуществляется на генетическом уровне. Для того чтобы оплодотворение осуществилось, созревание материнских и отцовских гамет должно произойти одновременно.

Оплодотворение у покрытосеменных растений

Этот процесс впервые охарактеризовал немецкий ученый Страсбургер во второй половине девятнадцатого века. Оплодотворение покрытосеменных растений происходит в результате слияния двух ядер разных гамет: с мужским и женским началом. Их цитоплазма не участвует в оплодотворении. Собственно оплодотворение происходит тогда, когда спермий сливается с ядром яйцеклетки.

Местом возникновения спермиев является пыльцевое зерно или пыльцевая труба. Зерно начинает прорастать после того, как попадает на рыльце. Время начала этого процесса у каждого растения разное, как и время оплодотворения. Например, пыльцевые зерна свеклы прорастают через два часа, а кукурузы - моментально. Первый признак прорастания зерна - его увеличение в объеме. Обычно одно пыльцевое зерно образует одну трубку. Но некоторые растения не подчиняются этому правилу и образуют несколько трубок, из которых только одна достигает своего развития.

Пыльцевая трубка с передвигающимися по ней спермиями растет и в конце концов разрывается. Все ее содержимое оказывается внутри зародышевого мешка. Один из проникших сюда спермиев внедряется в яйцеклетку и сливается с ее гаплоидным ядром. Оплодотворение - что такое? Это слияние двух ядер: спермия и яйцеклетки. Оплодотворенная яйцеклетка начинает делиться, получаются две новые клетки. Они делятся на четыре и так далее. Таким образом, происходит многократное деление, в результате которого развивается зародыш растения.

Покрытосеменные растения после процесса оплодотворения обладают способностью развивать дополнительный орган, который называется эндоспермом. Это не что иное, как питательная среда зародыша. При слиянии второго спермия и диплоидного ядра происходит образование определенного набора хромосом, из которых два - материнского происхождения, и один - отцовского. Таким образом, двойное оплодотворение организмов растительного происхождения осуществляется тогда, когда один спермий сливается с яйцеклеткой, а другой - с ядром клетки, расположенной в центре.

Отличительные черты покрытосеменных растений

• Большая приспособленность к произрастанию в разных условиях.
• Двойное оплодотворение, позволяющее иметь запас веществ, необходимых для нормального прорастания семян.
• Наличие триплоидного эндосперма.
• Образование семяпочек внутри завязи, при котором стенки пестика защищают их от повреждений.
• Развитие плода покрытосеменных растений из завязи.
• Нахождение семени внутри плода, стенки которого являются его защитой.
• Наличие цветка дает возможность насекомым.

Благодаря перечисленным признакам занимают господствующее положение в мире.

Особенность оплодотворения покрытосеменных растений

Она вытекает из того, что эти растения имеют двойное оплодотворение. Уникальная особенность представлена явлением, называемым ксениями. Его смысл заключается в том, что пыльца напрямую влияет на свойства и признаки эндосперма. Для примера возьмем кукурузу.

Она бывает с желтыми и белыми семенами. Их цвет зависит от оттенка эндосперма. При опылении женских цветков белозерной кукурузы пыльцой желтозерного сорта ее окраска все равно будет желтой, хотя развитие эндосперма происходит на растении с белыми зернами.

Какую роль играют цветковые растения?

Эти растения насчитывают 13 000 родов и 250 000 видов. Они получили широкое распространение по всему миру. Цветковые растения - это ключевые компоненты биосферы, производящие органические вещества, связывающие углекислоту и выделяющие кислород. Пастбищные цепи питания начинаются именно с них. Многие разновидности цветковых растений человек использует в пищу. Из них строят жилища и изготавливают различные хозяйственные материалы.

Не обходится без них и медицина. Отдельные виды покрытосеменных растений являются господствующими на планете, им отводится решающая роль в формировании покрова растительности и создании основной части наземной фитомассы. В конечном итоге именно этими растениями определяется возможность самого существования человека на земле как вида биологического.

Суть процесса оплодотворения

Определение 1

Оплодотворение – это процесс слияния мужской половой клетки (сперматозоида) с женской половой клеткой (яйцеклеткой), приводящий к образованию зиготы.

Суть и значение этого явления – объединение в одной клетке наследственной информации двух клеток (двух организмов).

Гаметы имеют гаплоидный набор хромосом. А в результате их слияния образуется диплоидная зигота, несущая половину информации от одного, а другую половину – от второго родителя. Это повышает степень разнообразии набора генов в генотипе и приводит к усилению изменчивости.

Оплодотворение у животных

У животных оплодотворение может быть как внешним, так и внутренним. Внешнее оплодотворение присуще видам, как правило населяющим водоемы. Оно происходит вне половой системы самки. Внешнее оплодотворение имеют многощетинковые черви, двустворчатые моллюски, речной рак, иглокожие, костные рыбы, земноводные и даже некоторые наземные животные – дождевые черви, некоторые паукообразные.

Процесс внешнего оплодотворения происходит довольно просто. Сначала самка откладывает яйцеклетки. Затем самец выпускает семенную жидкость. Сперматозоиды окружают яйцеклетки и проникают в них. Происходит оплодотворение. Недостатки этого способа заключаются в том, что значительная часть гамет (как яйцеклеток, так и сперматозоидов) гибнет в окружающей среде, гибнет, также, и большая часть оплодотворенных яйцеклеток (зигот). Именно поэтому виды, имеющие внешнее оплодотворение, образуют такое большое количество яйцеклеток (икринки). Это компенсирует потери.

Внутреннее оплодотворение происходит в половых путях самки. В ходе этого процесса происходит активация яйцеклетки в организме самки, проникновение сперматозоидов в половые пути самки, слияние сперматозоида и яйцеклетки. После слияния гамет оболочки яйцеклетки становятся непроницаемыми для других сперматозоидов. У некоторых видов животных в яйцеклетку может проникнуть несколько сперматозоидов. Но с ее ядром сливается только один из них. Остальные сперматозоиды дегенерируют.

Оплодотворение у растений

Для оплодотворения у водорослей и высших споровых растений необходимым условием является наличие влаги. Водная среда обеспечивает возможность передвижения подвижных сперматозоидов.

А вот семенные растения не зависят от наличия влаги. Перенос сперматозоидов к месту оплодотворения у семенных растений носит название опыления . В процессе опыления происходит перенос пыльцевых зерен с пыльника тычинки к месту оплодотворения (на семенной зачаток у голосеменных или на рыльце пестика у цветковых растений).

Замечание 1

Перенос пыльцы может осуществляться с помощью ветра или с помощью животных.

Двойное оплодотворение у покрытосеменных растений

Процесс оплодотворения у покрытосеменных очень сложный впервые его описал профессор С. Г. Навашин. Пыльца попадает на рыльце пестика. Затем начинает развиваться пыльцевая трубка. Она прорастает к завязи пестика и доходит до зародышевого мешка. По пыльцевой трубке в зародышевый мешок попадают два спермия. Один из них сливается с яйцеклеткой, а второй – с центральной клеткой зародышевого мешка. Это явление получило название двойного оплодотворения.

Но двойное оплодотворение – это фактически два совершенно различных процесса. В следствии оплодотворения яйцеклетки образовывается зародыш. А в результате слияния гаплоидного спермия с диплоидной центральной клеткой образовывается триплоидная клетка. Из нее формируется не организм, а особая ткань (эндосперм), которая будет обеспечивать зародыш питательными веществами. Именно благодаря двойному оплодотворению цветковые растения, по сравнению с голосеменными, могут быстрее накапливать питательные вещества в семени. Это ускоряет его созревание после оплодотворения, способствует выживанию покрытосеменных в современных условиях.

Оплодотворение - это процесс объединения мужской и женской гамет, который приводит к формированию зиготы и последующему развитию нового организма. В процессе оплодотворения происходит установление диплоидного набора хромосом в зиготе, что определяет выдающееся биологическое значение этого процесса.

В зависимости от видовой принадлежности организмов у животных, размножающихся половым путем, различают наружное и внутреннее оплодотворение.

Наружное оплодотворение происходит в окружающей среде, в которую поступают мужские и женские половые клетки. Например, наружным является оплодотворение у рыб. Выделяемые ими мужские (молока) и женские (икра) половые клетки поступают в воду, где и происходит их «встреча» и объединение. Данные об оплодотворении у морских ежей свидетельствуют о том, что уже через 2 секунды после соприкосновения сперматозоидов и яйцеклетки наступают изменения в электрических свойствах плазменной мембраны яйцеклетки. Слияние содержимого гамет наступает через 7 секунд.

Внутреннее оплодотворение обеспечивается переносом сперматозоидов из мужского организма в женский в результате полового акта. Такое оплодотворение встречается у млекопитающих, причем центральным моментом здесь является исход встречи между половыми клетками. Считают, что в яйцеклетку этих животных проникает ядерное содержимое лишь одного сперматозоида. Что касается цитоплазмы сперматозоида, то у одних животных она поступает в яйцеклетку в небольшом количестве, у других совсем не поступает в яйцеклетку.

У человека оплодотворение происходит в верхней части фаллопиевой трубы, причем в оплодотворении, как и у других млекопитающих, участвует лишь один сперматозоид, ядерное содержимое которого поступает в яйцеклетку. Иногда в фаллопиевой трубе может оказаться не одна, а две или более яйцеклеток, в результате чего возможно рождение двоен, троен и т. д. Например, в XVIII в. зарегистрирован случай рождения в России одной матерью (женой крестьянина Федора Васильева) 16 двоен, 7 троен и 4 четверней (всего 69 детей).

В результате оплодотворения в оплодотворенной яйцеклетке восстанавливается диплоидный набор хромосом. Яйцеклетки способны к оплодотворению в течение примерно 24 часов после овуляции, тогда как оплодотворяющая способность сперматозоидов сохраняется до 48 часов.

В механизмах оплодотворения многое еще остается неясным. Предполагают, что проникновение в яйцеклетку ядерного материала лишь одного из множества сперматозоидов связано с изменениями электрических свойств плазматической мембраны яйцеклетки. По вопросу о причинах активации сперматозоидом метаболизма яйцеклетки существует две гипотезы. Одни исследователи считают, что связывание сперматозоида с внешними рецепторами на поверхности клеток представляет собой сигнал, который через мембрану поступает внутрь яйцеклетки и активирует там инозитолтрифосфат и ионы кальция. Другие полагают, что сперматозоиды содержат специальный инициирующий фактор.

Оплодотворенная яйцеклетка дает начало зиготе, развитие организмов через образование зигот называют зигогенезом. Экспериментальные разработки, выполненные в последние годы, показали, что оплодотворение яйцеклеток млекопитающих, включая человека, возможно и в пробирке, после чего зародыши, развившиеся в пробирке, могут быть имплантированы в матку женщины, где они могут развиваться дальше. К настоящему времени известны многочисленные случаи рождения «пробирочных» детей (см. раздел VI). Установлено также, что оплодотворить яйцеклетку человека способны не только сперматозоиды, но и сперматиды. Наконец, возможно оплодотворение яйцеклеток (лишенных искусственно ядер) млекопитающих ядрами их соматических клеток (см. § 35).

В отличие от зигогенеза, многие животные организмы способны к размножению в естественных условиях путем партеногенеза (от греч. parthenos - девственница и genesis - рождение). Различают облигатный и факультативный партеногенез. Облигатный партеногенез - это размножение организмов из неоплодотворенной яйцеклетки. Такой партеногенез служит способом размножения животных более 90 видов, включая некоторых позвоночных. Примером облигатного партеногенеза является размножение кавказской скальной породы ящерицы, представленной только женскими особями. Напротив, факультативный партеногенез заключается в том, что яйцеклетки способны развиваться как без оплодотворения, так и после оплодотворения. Факультативный партеногенез в свою очередь бывает женским и мужским. Женский партеногенез част у пчел, муравьев, коловраток, у которых из неоплодотворенных яйцеклеток развиваются самцы. Мужской партеногенез встречается у некоторых изогамных водорослей.

У растений также известны случаи, когда зародыш развивается из не оплодотворенной яйцеклетки. Как отмечено выше, это явление получило название апомикса. Оно очень широко встречается у многих покрытосеменных растений, в т. ч. у культивируемых, таких, как свекла, хлопчатник, лен, табак и другие.

Наряду с естественным партеногенезом различают искусственный (индуцированный) партеногенез, который можно вызвать раздражением яйцеклеток с помощью физических или химических факторов, что ведет к активации яйцеклеток и, как следствие, к развитию неоплодотворенных яиц. Искусственный партеногенез наблюдали в случае животных, принадлежащих ко многим систематическим группам - иглокожим, червям, моллюскам и даже некоторым млекопитающим.

Известна форма партеногенеза, получившая название андроге-неза (от греч. andros - мужчина, genesis - рождение). Если в яйцеклетке инактивировать ядро и если после этого в нее проникнет несколько сперматозоидов, то из такой яйцеклетки в результате слияния мужских (сперматозоидных) ядер развивается мужской организм. Широко известны эксперименты В. Л. Астаурова (1904-1974), который показал андрогенез на тутовом шелкопряде. Эти опыты заключались в следующем. В яйцеклетках шелкопряда одного вида (Bombyx mandarina) с помощью высокой температуры инактивировали ядра, а затем такие яйцеклетки оплодотворяли сперматозоидами шелкопряда другого вида (В. mori). Проникнув в яйцеклетки, последние сливались между собой, что давало начало новым организмам, которые по своим свойствам оказались отцовскими организмами (В. mori). Скрещивания этих организмов с самками В. mori давало потомство, принадлежащее к В. mori.

Роль партеногенеза и его форм в природе невелика, т. к. он не обеспечивает широких адаптивных возможностей организмов. Однако его использование имеет практическое значение. В частности, Б. Л. Астауровым был разработан способ получения партеноге-нетического потомства у тутового шелкопряда, что широко используется в промышленном производстве шелка.

В отличие от зигогенеза и партеногенеза существует гиногенез (от греч. gyne - женщина), который представляет собой псевдогамию, заключающуюся в том, что сперматозоид встречается с яйцеклеткой и активирует ее, но ядро сперматозоида не сливается с ядром яйцеклетки. В этом случае позволяющее потомство состоит только из женских особей. У отдельных видов круглых червей, рыб и земноводных гиногенез служит нормальной формой размножения, давая потомство, состоящее только из самок. Гиногенез можно вызвать и искусственно с помощью факторов, способных разрушать клеточные ядра (радиации, температуры и др.). В частности, описаны случаи искусственного гиногенеза у тутового шелкопряда, у некоторых видов рыб и амфибий. Получение таких форм может иметь некоторое практическое значение в случае хозяйственно полезных видов.

Как было отмечено выше, оплодотворение у цветковых (покрытосеменных) имеет существенную отличительную особенность в виде двойного оплодотворения (С. Г. Навашин, 1896), которое сводится к тому, что в зародышевом мешке гаплоидная яйцеклетка и дипло-идная центральная клетка оплодотворяются спермиями, в результате чего образуется диплоидный зародыш и триплоидная клетка, развивающаяся в клетки эндосперма (см. гл. II).

Партеногенез, андрогенез и гиногенез являются формами нарушения полового размножения. Предполагают, что эти формы возникли в ходе эволюции в результате частных эволюционных приспособлений.