Что такое гаметофит (виды, особенности, характеристика)

Введение (А. Л. Тахтаджян)

В то время как в водной среде, особенно в морях и океанах, преобладают низшие растения, на суше господство почти всюду переходит к высшим растениям. В лесах и в саваннах, в степях, на лугах и на болотах мы видим главным образом, а часто почти исключительно высшие растения. И только в некоторых типах тундры и на обнаженных скалах высокогорий господствуют лишайники. Более того, почти все культурные растения, за немногими лишь исключениями (о которых была уже речь в предыдущих томах), представлены высшими растениями.

По внешнему своему облику, так же как по строению и биологическим особенностям, высшие растения чрезвычайно разнообразны. К ним относятся не только цветковые (покрытосеменные) растения и голосеменные (хвойные, саговниковые и др.), но и папоротники, хвощи, плауны и даже мхи и печеночники. По сравнению с низшими растениями число видов высших растений очень велико и, по самым скромным подсчетам, превышает 300 000, а по мнению некоторых ботаников, число видов высших растений не менее полумиллиона.

Для высших растений характерно наличие многоклеточных половых органов (гаметангиев) и многоклеточных же органов бесполого размножения (спорангиев). Половые органы бывают всегда двух типов — мужские (антеридии) и женские (архегонии). В антеридиях образуются мужские половые клетки (мужские гаметы), а в архегониях — женские половые клетки (женские гаметы). В жизненном цикле половые органы и спорангии приурочены к разным его фазам.

Жизненный цикл высших растений состоит из двух ритмически чередующихся фаз, или «поколений» (рис. 1),- полового (гаметофита) и бесполого (спорофита). Половые органы развиваются на гаметофите. Гаметофит может быть обоеполым. В таком случае на нем развиваются как антеридии, так и архегонии. Но у подавляющего большинства высших растений (в том числе у всех голосеменных и цветковых растений) он однополый и несет или только антеридии (мужской гаметофит), или только архегонии (женский гаметофит). В результате оплодотворения, т. е. слияния мужской гаметы с женской, образуется новая клетка с двойным набором хромосом (отцовским и материнским), называемая зиготой.

Рис. 1. Цикл развития высших растений на примере папоротника полиподиума (Polypodium sp.): 1 — гаметофит; 2 — спорофит

У высших растений, в отличие от низших, зигота дает начало многоклеточному зародышу. В результате роста и дифференциации зародыша развивается спорофит. Как и зигота, все клетки зародыша и развивающегося из него спорофита характеризуются удвоенным числом хромосом.

На спорофите образуются спорангии, в которых развиваются споры — очень маленькие, обычно едва различимые невооруженным глазом одноклеточные образования, служащие для бесполого размножения. При образовании спор число хромосом в результате мейоза уменьшается вдвое*, и поэтому каждая споpa по отношению к клеткам спорофита является гаплоидной.

* ()

У многих высших растений, например у большинства папоротников, каждая спора дает начало обоеполому гаметофиту, на котором развиваются как антеридии, так и архегонии. Однако у большинства высших растений имеются спорангии двух типов: микроспорангии, в которых образуются более мелкие микроспоры, и мегаспорангии, в которых развиваются более крупные мегаспоры. Каждая микроспора дает начало одному мужскому гаметофиту, а из каждой мегаспоры образуется по одному женскому гаметофиту. Поэтому некоторые авторы, например Б. М. Козо-Полянский, называют микроспоры «мужскими спорами», а мегаспоры — «женскими спорами». На мужском гаметофите развиваются только антеридии, а на женском — только архегонии.

Таким образом, полный жизненный цикл высшего растения от зиготы до зиготы состоит из гаметофазы (гаметофита) и спорофазы (спорофита). Благодаря этому в жизненном цикле высшего растения проявляется своего рода «двойственная индивидуальность», и притом в двух разных формах. У многих высших растений (псилотовых, плаунов, хвощей и папоротников) эти фазы представляют собой как бы отдельные физиологически самостоятельные существа. У мхов и особенно у семенных растений одно из двух поколений соподчинено другому и в физиологическом отношении как бы сведено к его органу. Но хотя физиологически они и перестали быть здесь отдельными поколениями (самостоятельными существами), по своему происхождению они вполне им соответствуют, и к ним вполне можно применять термины «гаметофит» и «спорофит». Каково же происхождение этих двух поколений в жизненном цикле высшего растения?

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.

Что такое гаметофит?

Гаметофит — это многоклеточное гаплоидное растение, которое образуется при смене поколений растений и водорослей. Он развивается путем прорастания мейоспоры. Гаметофит состоит из архегония, то есть женского полового органа, и антеридиума, или мужского полового органа. Женская гамета, то есть яйцеклетка или яйцеклетка, вырабатывается в антеридиуме, с другой стороны, мужская гамета, то есть сперматозоид, вырабатывается в архегонии. Эти две гаметы оплодотворяются в архегонии с образованием диплоидной клетки зиготы. Эта зигота снова развивается в поколение спорофитов. Гаметофит доминирует в мохообразных и водорослях. Некоторые бриофиты, такие как печеночники и т. Д., Вырабатывают гаметофиты женского и мужского пола по отдельности путем прорастания мегаспор и микроспор соответственно. У папоротников гаметофит не является основной формой тела растения, но он также не зависит от своего спорофита. Гаметофит снижается до микроскопического уровня у птеридофитов и семян растений.

Гаметофитос в растениях с семенами

Растения, у которых есть семена, называются покрытосеменными и голосеменными, все они являются эндоспорическими и гетероспорами..

У этих растений гаметофиты превращаются в многоклеточные организмы, когда они находятся внутри стенки спор, а мегапоры остаются в спорангии..

В семенных растениях микроигра известна как пыльца. Микрогаметофитос растения с семенами образуется двумя или тремя клетками, когда зерна пыльцы покидают эспоранжио.

Все растения с семенами являются гетероспорами и дают споры разных размеров: большие женские споры и маленькие мужские споры. 

Мегагаметроид развивается внутри мегапоры в сосудистых растениях без семян и внутри мегаспорангии в конусе или цветке растений с семенами.

Микроигра семян, которая представляет собой пыльцевое зерно, перемещается туда, где находится яйцеклетка, переносится физическим или животным вектором и производит митоз из двух сперматозоидов..

голосеменных

У растений голосеменных мегагейм состоит из нескольких тысяч клеток и имеет от одной до нескольких архегоний, каждая с одной яйцеклеткой. Гаметофит превращается в ткани для хранения пищи в семени.

покрытосеменные

У растений покрытосеменных мегагейма сводится к нескольким ядрам и клеткам и называется зародышевым мешком. Репрезентативный эмбриональный мешок имеет семь клеток и восемь ядер, и одним из них является яйцеклетка.

Два ядра соединяются с ядром спермы, образуя эндосперм, который затем трансформируется в ткань для хранения пищи в семени..

Растения с семенами характеризуются тем, что мегаспора удерживается в спорофите тканями, называемыми кожными покровами. Они имеют функцию обертывания и защиты мегаспорангии.

У растений голосеменных мегапоры окружены кожным покровом, а у растений покрытосеменных — двумя кожными покровами..

Для множества, образованного мегаспорангием, мегаспорой и покровами — это называется яйцеклеткой. Внутри каждой яйцеклетки женский гаметофит развивается из мегапор, производя одну или несколько женских гамет.

Когда пыльцевые зерна прорастают и начинается рост, начинается появление пыльцевой трубки, функция которой заключается во введении мужских гамет в женский гаметофит в яйцеклетку..

У семенных растений женский гаметофит остается в яйцеклетке спорофита. Мужские гаметофиты обнаруживаются в пыльцевых зернах и являются путешественниками, поэтому их можно переносить на большие расстояния ветром или опылителями, в зависимости от вида..

Гаметофитос в папоротниках

В папоротниках гаметофиты мелкие, выполняют фотосинтез и ведут свободный образ жизни, так как им не нужен спорофит для питания.

В видовом Leptosporangiate dryopteris, папоротник gametófito является autótrofo (производит свою собственную еду), осуществляет фотосинтез и владеет структурой, называемой проталлус, которая производит гаметы. Проталлус удерживает спорофит в стадии раннего многоклеточного развития..

В некоторых группах, особенно в генеалогической ветви (Psilotaceae и Ophioglossaceae) гаметофиты находятся под землей и выживают, устанавливая микотрофные отношения с грибами.

Функция Sporophyte

Растения – удивительные природные чудеса. У них есть и сперма, и яйца, но они также могут воспроизводить крошечные версии самих себя через споры. Споры – это диплоидные клетки, содержащие генетическую информацию о самом растении, что делает его способным бесполое размножение, Тем не менее, растения также способны половое размножение с помощью соединения спермы и яйцеклетки.

Основная функция спорофита – создавать споры – это уже много известно. Споры, в свою очередь, продуцируют гаметофиты, которые вызывают мужской и женский гамет в процессе мейоза. Мейоз является типом деление клеток это уменьшает количество хромосом в два раза. После этого процесса репродуктивные клетки готовы к оплодотворению для производства спорофита, что завершает цикл.

Без спорофита жизненный цикл растений будет нарушен, и растения не смогут размножаться. Без этого плоды не будут развиваться, и растения будут просто полагаться на бесполые методы размножения. Это ослабляет генетический пул видов растений.

Эта диаграмма показывает смена поколений между диплоидным спорофитом и гаплоидным гаметофитом.

Определение спорофитов

Растения могут выглядеть просто, но то, как они сохраняют свои вид ничего кроме. У них есть жизненный цикл, который включает чередование поколений одного набора хромосом (гаплоидный ) и два набора хромосом (диплоид ) чтобы воспроизвести.

Хотя термин «спорофит» называют растениями, которые производят споры, настоящее определение является более сложным и интересным. В растение В жизненном цикле спорообразующая фаза называется спорофитом. Есть два этапа размножения у растений: половой и бесполый. Через процесс мейоз а также оплодотворение чередование поколений разделяет эти две фазы на спорофит и гаметофит.

Чтобы ясно понять жизненный цикл растения, спорофит – это фаза, когда растения производят диплоидные (2n) споры, которые, в свою очередь, развиваться в гаметофиты. На стадии гаметофита развиваются гаплоидные (n) гаметы или репродуктивные клетки, такие как сперма и яйца. Яйца оплодотворяются спермой и превращаются в спорофиты.

Это изображение показывает спорофит молодого мох, Вы можете видеть гаметофит как доминирующее поколение, в то время как спорофиты состоят из стебля, растущего на кончиках гаметофитов.

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.

Споровые растения

Четкое чередование бесполого поколения и гаметофита — это характерная черта всех высших споровых растений. К ним относятся мхи, хвощи, плауны и папоротники. В их жизненных циклах наблюдаются существенные отличия. У мхов преобладающим поколением является гаметофит. Это листостебельные побеги с ризоидами, совокупность которых образует «зеленый ковер». Его мы и привыкли называть мхом. С течением времени на нем появляются новые органы — коробочки со спорами на тонких сухих ножках. Они представляют собой спорофит.

Большинство моховидных являются двудомными растениями. На мужском гаметофите формируются только сперматозоиды. По пленке воды, которая покрывает растения, они передвигаются к женским растениям. На его верхушке формируется единственный орган полового размножения круглой формы, в который проникает сперматозоид.

Остальные споровые растения отличаются от мхов преобладанием бесполого поколения. Рассмотрим их строение на примере папоротника. Его спорофит представлен подземным видоизмененным побегом, который называется корневищем, и придаточными корнями. На нижней стороне листьев папоротников формируются спорангии. Это органы бесполого размножения. Споры, которые в них формируются, созревают и попадают в почву. Во влажной среде из них вырастает половое поколение папоротников — гаметофит. Он имеет вид зеленой сердцевидной пластинки. Эта структура развивается и питается отдельно от спорофита, прикрепляясь к почве при помощи ризоидов.

На нижней поверхности пластинки образуются половые органы — гаметангии. Поскольку яйцеклетки и сперматозоиды на них созревают в разное время, оплодотворение возможно только между разными растениями. Такой тип называют перекрестным. Как и для всех споровых, процесс оплодотворения у папоротников возможен только при наличии воды. Это связано с тем, что растения данной группы являются первыми выходцами на сушу.

Что такое спорофит?

Спорофит представляет собой многоклеточное диплоидное растение, которое образуется при чередовании поколений у растений и водорослей. Это разработано через зиготу. Спорофит имеет спорангий, в котором происходит мейоз с образованием гаплоидных спор, то есть мегаспор и микроспор. Эти споры являются гаплоидными клетками, которые превращаются в гаплоидные гаметофиты. Мегапоры развиваются в женские гаметофиты, тогда как; микроспоры развиваются в мужские гаметофиты. Эти споры состоят из одной клетки, которая может превратиться в другое новое растение без спаривания. В ходе эволюции спорофитная стадия стала доминирующей над гаметофитной стадией. Наиболее примитивные несосудистые растения, то есть бриофиты, состоят из поколения спорофитов, которое полностью зависит от его гаметофитного поколения. Но у птеридофитов и высших растений, то есть голосеменных и покрытосеменных, спорофит является доминирующей формой. Доминирующий спорофит дифференцируется на стебель, корень и листья.

Гаметофит vs. Спорофит

Есть разные виды растений, которые существуют на этой земле. У них сложный жизненный цикл, в котором все эти типы показывают чередование поколений. Это чередование поколений показывает гаплоидные и диплоидные фазы, которые чередуются друг с другом. Эти фазы известны как гаметофит и спорофит, и обе являются многоклеточными структурами. Гаметофит представляет собой гаплоидную фазу, в которой образуются гаплоидные мужские и женские гаметы, тогда как; спорофит представляет собой диплоидную фазу, в которой образуются диплоидные споры. Таким образом, гаметофит известен как половая фаза во время спорофита как бесполая фаза жизни растения. В гаметофите гамет продуцируется мейозом. Эти гаплоидные мужские и женские гаметы сливаются друг с другом, образуя диплоидную зиготу, которая развивается в спорофит. Sporophyte, чем производит споры через митоз, который развивается в гаметофиты. Таким образом, эти два поколения чередуются друг с другом. Это показывает, что растение генерирует два разных типа растений с одинаковым генетическим материалом. Водоросли и мохообразные демонстрируют доминирующую гаметофитную стадию; с другой стороны, птеридофиты, голосеменные и покрытосеменные имеют доминирующее поколение спорофитов.