Что такое гаметофит? (примеры у разных видов)

Голосеменные

Общая характеристика. Голосеменные — это семенные растения, имеющие незащищенные семяпочки, расположенные открыто на семенной чешуе шишки; семена защищены только семенной кожурой. Голосеменные не имеют настоящих цветков и не образуют плодов. Они являются наиболее древними из семенных растений; произошли от семенных папоротников в начале мезозойской эры (около 350 млн. лет назад). В настоящее время насчитывают около 650 видов.

В жизненном цикле происходит правильное чередование полового и бесполого поколений. Основная жизненная форма — диплом идный спорофит (само растение), гаметофит редуцирован, утратил самостоятельность и живет на спорофите. Мужской гаметофит не имеет антеридиев. Растения опыляются в основном ветром.

Особенности строения. Спорофит голосеменных — это одно-или двудомное растение с хорошо развитыми стеблем (имеющим моноподиальное ветвление) и стержневой корневой системой с выраженными главным и боковыми корнями. Представлен в основном древесными вечнозелеными формами, реже встречаются листопадные деревья (лиственница), имеются кустарники (можжевельник) и лианы (эфедра); травянистых растений нет. Листья игловидные (хвоя) или чешуевидные; располагаются поодиночке, по два или несколько в пучках. В древесине большинства голосеменных нет настоящих сосудов и древесных волокон; трахеиды выполняют водопроводящую и опорную (механическую) функции.

Важнейшие ароморфозы: появление семени и пыльцевой трубки, что обеспечило опыление и оплодотворение без воды.

Характерные особенности образования семян: оплодотворение — простое (в нем участвует один спермий из двух, имеющихся в пыльцевом зерне), эндосперм образуется в семязачатке до оплодотворения, а семена покрыты только семенной кожурой.

Голосеменные широко распространены во всех частях света; составляют большинство и доминируют в растительном покрове в умеренном климатическом поясе. Подразделяются на четыре класса: Хвойные, Гнетовые, Саговниковые, Гинкговые.

Класс Хвойные — вечнозеленые растения, имеющие видоизмененные игольчатые листья. Листья игловидные, покрыты кутикулой или восковым налетом; устьиц мало, глубоко посажены (это обеспечивает жизнестойкость растений в засушливые и зимние периоды). У хвойных стебель прямостоячий, покрыт корой, содержащей ситовидные клетки, механическую ткань, паренхиму, смоляные ходы, камбий. Древесина на 90-95% состоит из трахеид и не содержит механической ткани. Трахеиды имеют плотные од-ревесневевшие стенки. Сердцевина представлена основной тканью.

Сосна обыкновенная — это однодомное светолюбивое растение, у которого весной формируется раздельнополые мужские и женские шишки (стробилы). Мужские шишки формируются у основания побега, имеют зеленовато-желтый цвет и длину около 5 мм. На осях таких шишек расположены слои мелких чешуек -микроспорофилл. На нижней поверхности каждой из чешуек расположены два микроспорангия (пыльцевых мешка), в которых образуется пыльца (мужской гаметофит). Каждое пыльцевое зерно содержит вегетативную клетку, два спермия и имеет два воздушных мешка, облегчающих перенос пыльцы ветром,

Женские шишки имеют красноватый цвет и содержат крупную, толстую семенную чешую (с двумя семязачатками на поверхности каждой чешуйки) и мелкую прозрачную кроющую чешую. В каждом семязачатке формируется женский гаметофит, который содержит гаплоидный эндосперм (особую питательную ткань) и два архегония с крупной яйцеклеткой в каждом. Семязачаток снаружи покрыт интегументом и имеет пыльцевход (микропиле), через который пыльца втягивается внутрь, где прорастает с формированием пыльцевой трубки. По ней созревшие спер-мии проникают к архегониям. Оплодотворение простое и не требует присутствия воды; в нем участвует только один из спермиев, сливающийся с одной из яйцеклеток, второй спермий погибает. Образовавшаяся зигота делится, из нее формируется зародыш семени, а вся семяпочка превращается в семя.

У сосны обыкновенной семена созревают на второй год, разносятся ветром и в благоприятных условиях прорастают.

Знамение голосеменных: выделяют в атмосферу кислород и фитонциды, являются источником сырья для строительной, деревообрабатывающей и целлюлозной промышленности, получения скипидара, канифоли, спирта, лекарств; многие используются в декоративных целях (ели, туя, саговниковые); семенами многих хвойных питаются птицы (клесты, синицы, дятлы) и млекопитающие; семена кедровой сосны и пинии используются в пищу человеком.

Продолжительность жизненного цикла

Ранней весной ветер разносит пыльцевые зерна открывшихся микростробил. После попадания пыльцы на семязачаток, шишка закрывается, чешуйки плотно склеиваются смолой. Оплодотворение происходит через год после образования гамет, которые созревают в шишках до того времени, когда зигота (оплодотворенная яйцеклетка) разовьется в зародыш, а семязачаток — в семя.

Яйцеклетка не покидает спорангия на протяжении обеих фаз. Гаметофит развивается внутри стробилы. Зародыш имеет зачаточные побег и корень, вокруг него накапливаются питательные вещества и оболочка.

Через три года мегастробила становится коричневой, раскрывает чешуйки и дает возможность созревшим семенам покинуть свое убежище. Попав в благоприятную почву, они дадут начало новому спорофиту.

Споровые растения

Какие организмы в природе размножаются при помощи спор? Прежде всего, это мхи, плауны, хвощи и папоротники. Их объединяют в группу высших споровых растений. У мхов в жизненном цикле преобладает гаметофит. А у остальных представителей — бесполое поколение. Их спорофит состоит из корней и побегов. А вот в строении этих вегетативных органов существуют значительные отличия.

Папоротники имеют подземное видоизменение побега — корневище. На поверхности видны только пышные и раскидистые листья растения. На их нижней стороне невооруженным глазом можно рассмотреть небольшие бугорки. Это группы спорангиев, в которых созревают клетки бесполого размножения.

Что такое спорофит у плаунов? Это многолетнее травянистое растение с ползучими стеблями, на которых спирально расположены мелкие листья. Под землю от него отрастают придаточные корни. Некоторые листья, находящиеся на верхушке побегов, видоизменяются в чешуйки. На их верхней стороне формируются спорангии.

Спорофит хвоща также представляет травянистый побег, состоящий из корневища и листьев. Он бывает двух видов: весенний и летний. Первый является спороносным. Он лишен хлорофилла и имеет бледно-розовый цвет. Летний побег зеленого цвета с клиновидными листьями. Функцию фотосинтеза у него выполняет стебель.

Гаметофиты плаунов, хвощей и папоротников развиваются отдельно от растений бесполого поколения. Они имеют вид плоских зеленых пластинок. В этом заключается их основное отличие от мхов, спорофит которых анатомически связан с особями полового поколения.

Антеридии и архегонии

Как известно, все органы растений объединяются в две группы: вегетативные и генеративные. Первые выполняют функции почвенного питания, фотосинтеза и роста растения. Они также осуществляют процесс вегетативного размножения. Это корень, стебель, лист и почка.

Генеративный орган обеспечивает половое размножение. У покрытосеменных растений это цветок. В завязи его пестика созревает женская гамета — яйцеклетка, а в пыльниках тычинок — неподвижные спермии.

Покрытосеменные, споровые растения также формируют органы полового размножения — гаметангии. Женские называются архегониями. Их составными частями являются: брюшко, в котором созревает яйцеклетка, и шейка. Мужские гаметангии — это антеридии. В них формируются спермии.

Гаметофиты водорослей, разнообразие и примеры

У большинства водорослей мы можем видеть, что спорофит и гаметофит чередуются, но у некоторых, как например морская красная водоросль Полисифония, на одно гаплоидное поколение приходится сразу два диплоидных. 

Гаметофиты у водорослей могут иметь разный внешний вид.

• Нитчатый раздельнополый у Polysiphonia и бурых ламинариевых водорослей.
• Крупные, пластинчатые, внешне похожие на спорофит мужские гаметофиты и микроскопические женские у красной водоросли Palmaria.
• Макроталломная форма у бангиевых красных водорослей.
• Крупный пластинчатый таллом у зеленых ульвовых водорослей морфологически почти не отличим от спорофита, потому что эти водоросли обладают изогамией, наиболее примитивным из типов полового процесса.

Примечание

Несмотря на внешние различия, все гаметофиты являются диплоидными и многоклеточными.

Применение орляка обыкновенного

Конечно, в наше время наиболее знаменито пищевое использование папоротника орляка, заимствованное из Японии. Собирают и используют в пищу «рахисы» орляка высотой не более 20 см, до первого их ветвления, с закрученной в «улитку» верхушкой, возрастом не более пяти дней. Тому, кто не знает твердо – этот папоротник или не этот? – лучше от самостоятельного сбора все же отказаться.

По вкусу, как уверяют пробовавшие, «рахисы» орляка напоминают белые грибы. Впрочем, есть их сырыми не следует. Хотя бы потому, что в орляке обнаружен фермент тиаминаза, разрушающий витамин В1. При отваривании тиаминаза разрушается сама. А вот скот, который пытались орляком кормить, погибал от такой диеты.

Молодые побеги предварительно рекомендуют вымачивать в подсоленой воде для удаления других ненужных и вредных веществ. Попадаются сведения о наличии в орляке даже цианидов и синильной кислоты, которые этим вымачиванием, вероятно, и удаляются. Но случаев отравления тоже вроде не было.

Вымачивают не только свежие, но и соленые «рахисы». Для засолки их пересыпают солью из расчета – 200 г соли на килограмм побегов и помещают под гнет.

И еще пишут о повышенном содержании в орляке веществ – канцерогенов! Никакой обработкой не удаляющихся.

Впрочем, японцы едят… Только в Токио ежегодно потребляется около 300 тонн этого растения. Употребляют рахисы орляка корейцы. Да и на нашем Дальнем Востоке собирают в пищу побеги орляка. Надеюсь, кто-нибудь из комментаторов – дальневосточников и поделится впечатлениями и рецептами?

Вообще-то я не уверен, что для нас, живущих в Европейской России, такая пища необходима и так уж полезна. Как и прочие ухищрения кухни японской, китайской, корейской. Как пресловутые «суши», например… Попробовать разок из любопытства – да, возможно. Употреблять более-менее регулярно? А зачем?

Не нужно забывать и о многовековых пищевых традициях наших предков, которые не могли не повлиять и на наши организмы… В эти традиции подобная пища как раз не входила.

Съедобны и корневища орляка, содержащие много крахмала. Их толкли и пекли лепешки и индейцы Северной Америки, и маори Новой Зеландии. Да и в некоторых европейских странах в голодные годы ели корневища папоротника. Так ведь то – в голодные!..

Отвары корневищ папоротника орляка обладают хорошо выраженным глистогонным действием. Под их влиянием мускулатура круглых червей, иногда паразитирующих в кишечнике человека то ли парализуется, то ли расслабляется. А последующее употребление солевого раствора изгоняет этих непрошенных «квартирантов».

Впрочем, распространение гигиены – как общей, так и гигиены питания – справляется с проблемой едва ли не лучше.

Еще одна интересная особенность папоротника орляка в том, что его зола содержит повышенное количество поташа. Это соль – карбонат калия. Обладает такая зола неплохими моющими свойствами. Ее вполне можно использовать для стирки вместо мыла и синтетических моющих средств. Впрок, на зиму, золу тоже легко запасти, скатав из нее шарики.

Но должен сразу предупредить желающих заменить золой стиральные порошки. Насколько мне известно из рассказов родителей, процесс стирки заключался в длительном кипячении одежды с золой. У нас когда-то этот процесс называли «бучением». Использовали, конечно, золу, остающуюся при сгорании дров – она ведь тоже обладает моющими свойствами.

Однако то «бучение», которое выдерживала льняная холстина, вряд ли способны вынести без урона многие современные ткани.

Таков папоротник орляк обыкновенный, обычный наш лесной житель. Не обладающий для нас, на мой взгляд, такой уж большой ценностью. Но кто сказал, что все в природе – только для нас, и только к нашему удобству и удовольствию? Или нет?

P.S. Статья о папоротнике мужском — здесь.

Гаметофито в мохообразных

В этой группе растений (мхи, печеночники и рогатый) гаметофит является наиболее заметной стадией биологического цикла..

Этот гаметофит bryophyte имеет долгую жизнь и не зависит от питания. Спорофиты, как правило, прикрепляются к гаметофитам и нуждаются в них..

У мхов спора начинает расти по мере того, как она прорастает и производит нить из клеток, называемых протонемой..

Когда зрелый, гаметофит развивается в форме плотных зародышей, которые дают начало половым органам или gametangios, которые являются производителями гамет. Яйца производятся в архегонии и сперматозоиды в антеридии.

В таких группах, как гепатики, принадлежащие к отряду Marchantiales, гаметы происходят из специализированных органов, называемых гаметофорами или гаметангиофорами..

Гаметофитос в сосудистых растениях

Во всех сосудистых растениях (со стеблем, листьями и корнями) преобладают спорофиты с тенденцией к мелким женским гаметофитам и зависимые от спорофитов. Это становилось все более и более заметным, так как растения развивались в форме размножения семенами..

Папоротники производят споры одного типа, называемые гомоспорами. Их гаметы являются экзоспорическими, что означает, что гаметофиты свободно живут и развиваются за пределами стенки споры..

Эти экзоспорные гаметофиты могут быть бисексуальными (однодомными), то есть способны продуцировать сперматозоиды и яйцеклетки в одном и том же организме. Если они специализируются на женских и мужских организмах, их отдельно называют диойкосами.

У сосудистых растений гетероспор (они продуцируют как мегапоры, так и микроспоры) есть гаметофит, который развивается в эндоспорикаменте внутри стенки споры. В этом случае гаметофиты являются диоидными, производят яйцеклетки или сперму, но никогда не оба.

Разнообразие гаметофитов высших растений

У высших растений всегда наблюдается правильное чередование двух многоклеточных поколений — спорофита и гаметофита.
У цветковых растений мужские гаметофиты столь малы, что помещаются внутри оболочки пыльцевого зерна и состоят всего лишь из нескольких клеток. Женский гаметофит цветковых (зародышевый мешок) помещается внутри семяпочки и состоит в наиболее распространённом случае (в случае так называемого нормального моноспорического женского гаметофита) из 7 клеток (содержит 8 — либо 7 после слияния двух ядер в центральной клетке и образования вторичного ядра). У папоротников, хвощей и плаунов гаметофит представляет собой небольшое, но самостоятельное растение, иногда называемое заростком. Заростки папоротников и хвощей фотосинтезирующие, однолетние. Заростки плаунов живут под землей, развиваются в течение многих лет и питаются за счет симбиоза с грибами.

У мхов гаметофит при своих небольших размерах явно доминирует над спорофитом.

Гаметы у высших растений всегда образуются в результате митоза (что принципиально отличает их от гамет животных), поскольку тело гаметофита также построено из гаплоидных клеток. Поэтому фазу гаметофита ещё называют гаметофазой, или гаплофазой. Следует отметить, что на одном гаметофите одновременно могут развиваться как мужские половые органы, так и женские. Такой гаметофит называют однодомным (обоеполым). В других случаях гаметофиты растений, относящихся к одному и тому же виду, формируют либо только мужские органы, либо только женские. Такие гаметофиты называют двудомными (раздельнополыми — мужскими и женскими). Раздельнополые гаметофиты свойственны всем семенным растениям, у которых мужские гаметофиты развиваются из микроспор, образующихся в пыльниках, а женские — из мегаспор, образующихся в семяпочках.

Отличие гаметофита и спорофита в жизни растений

Рассмотрим, какие основные особенности можно выделить у этих двух поколений, в чем заключается их жизненный цикл.

Гаметофит

• Развивается из споры.
• Гаплоид, т.е. имеет одинарный набор непарных хромосом.
• Размножение у него происходит половым способом.
• В процессе размножения на специальных органах гаметангиях образует мужские и женские половые клетки, которые называются гаметы.
• Гаметангии, где образуются мужские клетки, называются антеридии, а где женские — архегонии.
• Процесс деления гаплоидных клеток, в результате чего появляются гаметы, называется митоз.
• При оплодотворении женской гаметы мужской образуется зигота, которая впоследствии производит споры.

Спорофит

• Развивается из зиготы.
• Диплоид, т.е. с двумя наборами хромосом.
• Размножается бесполым способом.
• В процессе размножения на специальных органах спорангиях образуются споры — микроскопические зачатки растений.
• Когда в спорангии происходит деление диплоидных клеток с образованием спор, то это называется мейоз.
• Из каждой споры, которая начинает потом делиться по способу митоза, вырастает заросток — гаметофит, из которого впоследствии появляются гаметы. 
• Спорангии бывают двух видов: макро- и микроспорангии. Из макроспор, которые производит макроспорангий, развивается женский гаметофит, а из микроспор — мужской.
• Если споры одинаковы по размеру и физиологическим особенностям, то такие организмы называются равноспоровыми, а гаметофиты, которые появляются из них — обоеполые.

Почему спорофиты преобладают

Как половой, так и бесполый способ размножения имеют свои преимущества. Первый позволяет получить генетическое разнообразие. Новое растение не будет тождественно родительскому

Это дает возможность естественного отбора, что важно для сохранения вида. Второй способ просто «тиражирует» особь, воспроизводит её наследственный материал без изменений, что хорошо для быстрого увеличения численности. 

У всех высших растений, за исключением мохообразных, в жизненном цикле наблюдается преобладание спорофита, гаметофит при этом сравнительно менее долговечен и мало развит. В процессе эволюции мы видим его дальнейшую редукцию, гаметофит уменьшается.

Почему это происходит? Есть несколько причин, почему значение спорофита оказалось выше.

• Диплоидность спорофита обеспечивает более высокий уровень синтетических процессов. Также такой организм более стабилен с генетической точки зрения, потому что рецессивные мутации, снижающие жизнестойкость растения, не проявляются в фенотипе в диплоидном состоянии.
• Условия существования на суше могут сильно меняться, а сохранение в генофонде рецессивных мутаций, которых бы просто не осталось при естественном отборе, т.е. значительный генный полиморфизм, может сослужить важную службу растению при изменении жизненных условий и позволит ему выжить в неблагоприятной среде, где гаплоидные организмы просто вымрут.
• Чтобы гаметы смогли передвигаться, им необходима водная среда, а споры, в отличие от гамет, на суше распространяются очень легко.

Гаметофит растений: отдел Голосеменные

Половое поколение хвойных выглядит иначе. Так, мужской гаметофит сосны представлен пыльцевыми зернами, которые развиваются в шишках. Последние находятся у основания побегов. Мужские шишки мелкие и мягкие, собраны в пучки. На каждой их чешуйке расположены по два пыльника, в которых развиваются мужские половые клетки.

На верхушках побегов можно найти женские шишки с семязачатками. В результате мейоза здесь формируются мегаспоры. Всего их 4. Но в женский гаметофит из них развивается только одна. Остальные отмирают. Далее происходят последовательные процессы опыления, оплодотворения и формирования семян.

Итак, гаметофитом называют половое поколение растений. Это фаза жизненного цикла, которая характерна для водорослей, споровых и семенных. Все гаметофиты являются многоклеточными структурами, содержащими гаплоидный хромосомный набор.

Источник

Гаметофиты водорослей, разнообразие и примеры

У большинства водорослей мы можем видеть, что спорофит и гаметофит чередуются, но у некоторых, как например морская красная водоросль Полисифония, на одно гаплоидное поколение приходится сразу два диплоидных.

Гаметофиты у водорослей могут иметь разный внешний вид.

• Нитчатый раздельнополый у Polysiphonia и бурых ламинариевых водорослей.
• Крупные, пластинчатые, внешне похожие на спорофит мужские гаметофиты и микроскопические женские у красной водоросли Palmaria.
• Макроталломная форма у бангиевых красных водорослей.
• Крупный пластинчатый таллом у зеленых ульвовых водорослей морфологически почти не отличим от спорофита, потому что эти водоросли обладают изогамией, наиболее примитивным из типов полового процесса.

Несмотря на внешние различия, все гаметофиты являются диплоидными и многоклеточными.