Гаметофит

Что такое гаметофит

Гаметофит развивается из гаплоидных спор и производит половые клетки, т.е. гаметы. Это многоклеточная гаплоидная фаза в жизненном цикле водорослей и высших растений, которая чередуется с другим многоклеточным поколением — спорофитом.

Термин «гаметофит» может относиться не только непосредственно к фазе жизненного цикла, но и к конкретному растительному организму или органу, производящему гаметы.

История открытия

Первым ученым, который сделал вывод о чередовании гаметофитной и спорофитной фазы в жизни растений, был немецкий ботаник Вильгельм Гофмейстер. Несмотря на то, что он был самоучкой в биологии и не получил классического образования, Гофмейстер, благодаря своему таланту и увлеченности наукой заслужил стоять в одном ряду с такими гигантами как Дарвин и Мендель.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут

Изучая строение папоротников, мхов и семенных растений, Гофмейстер первый обнаружил, что есть разные поколения, одно из которых образует споры, а другое — гаметы. На примере представителей зеленых растений ученый сделал вывод о дипло-гаплоидном жизненном цикле. 

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.

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. 

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.

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:

1. 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.

2. 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.

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.

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.

Значение в экологии

Голосеменные растения играют существенную роль в образовании почвы и кислорода. Хвойные вырабатывают особые вещества с антибактериальным действием — фитонциды. Тайгу, обширный лес в северном полушарии Евразии, называют легкими планеты.

Хвойники удерживают снега и тем самым обеспечивают влагой почву. Они предоставляют лесным обитателям пищу и кров. Так, клюв клеста приобрел форму, удобную для расщепления семян ели и других хвойных. Жизнь птицы, периоды ее гнездования полностью зависят от присутствия этих деревьев в экосистеме.

В жизнедеятельности человека больше всего востребованы хвойные породы деревьев. Их применяют в деревообрабатывающей и целлюлозной промышленности. В химической отрасли используют смолы. В медицинских целях применяют шишки можжевельника, из семян кедра изготавливают масло.

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.

Антоцеротовые мхи

Этот класс не столь многочислен и представлен 300 видами растений. Спорофит – наиболее важная жизненная стадия в цикле развития этого растения. Выглядят антоцеротовые мхи как слоевище – это тело, которое не расчленяется на корень, стебель и листья. Произрастают такие мхи во влажных тропических лесах и зонах умеренного климата. Антоцерос – типичный представитель этого класса.

Жизненный цикл кукушкиного льна будет описан ниже. Мох кукушкин лён — это многолетнее растение. Его строение представляет собой достаточно развитую структуру. Первичный горизонтальный стебель коричневого цвета без листьев и вторичный стебель, стоящий прямо, разветвленный или одиночный.

Вторичный стебель покрыт темно-зелеными жестковатыми, похожими на шило, листочками. Эти стебли могут достигать в высоту от 10-15 до 40 см. Нижние листья представляют собой чешуйки. Растение обладает примитивной проводящей системой, которая способна перемещать воду и минеральные вещества по стеблю к листьям. Его ризоиды способны достигать длины почти 40 см.

Функция гаметофитов

Растения гаметофита продуцируют половые клетки, называемые на сухих растениях «спермой» и «яйцеклеткой», для того чтобы позволить их линии пройти половое размножение.

Существует много известных преимуществ полового размножения, поскольку способность комбинировать генетические признаки двух индивидуумов приводит к различным комбинациям признаков в популяции.

Это разнообразие чрезвычайно полезно для устойчивости к болезням и способности реагировать на изменения окружающей среды.

Для практического примера преимуществ полового размножения, посмотрите не иначе, как ирландский картофельный голод.

В Ирландии во время голода урожай картофеля, который размножался бесполым путем, выращивался много лет и распространялся по островам. Это означало, что все зерновые культуры, питающие ирландцев, были генетически идентичны друг другу, поскольку были получены бесполым путем из крошечной родительской популяции.

Когда новая болезнь поразила ирландский картофель из-за отсутствия генетического обмена или разнообразия, практически весь картофель на острове погиб. Результатом стало одно из худших гуманитарных бедствий в истории, потому что все картофельные культуры, на которые люди рассчитывали в пищу, погибли.

В результате миллионы ирландцев были вынуждены покинуть Ирландию в поисках лучшей жизни, а миллионы погибли.

Отмирание папоротников не будет иметь катастрофических последствий для человеческой популяции, но это будет иметь катастрофические последствия для популяции папоротников – поэтому папоротники и другие растения, практикующие смену поколений, используют гаметофиты для полового размножения и сохранения генетически разнообразных популяций.

Интересно, что гаметофиты или спорофиты являются «доминирующими», зависит от растения. Например, среди папоротников поколение гаметофитов поглощает больше ресурсов жизненного цикла, превращаясь в большое видимое растение, которое мы узнаем.

В отличие от этого, среди хвойных деревьев «доминирует» поколение спорофитов, превращающееся в огромные долгоживущие деревья, в то время как поколение гаметофитов ограничено крошечным организмом, растущим внутри конуса.

Общая характеристика мхов

Мох — общие характеристики

Моховидные – одни из древнейших растений, населяющих нашу планету. Остатки найдены в окаменелостях конца палеозойской эры. Распространение мхов связано с предпочтением влажной среды и затенённой местности, поэтому большинство населяют северную часть Земли. Плохо приживаются на засоленных территориях и пустынях.

Классы моховидных

Листостебельные мхи – самый многочисленный класс. Растения состоят из стебля, листьев и ризоидов.

Стебель может расти вертикально или горизонтально, разделен на кору и основную ткань (содержит воду, крахмал, хлоропласты для фотосинтеза).

Клетки стебля могут давать нитевидные отростки – ризоиды, необходимы для крепления к почве и поглощения воды. Они чаще находятся у основания стебля, но могут покрывать его по всей длине.

Листья простые, часто крепятся к стеблю под прямым углом, по спирали. Листовые пластинки оснащены хлоропластами, в центре располагается жилка (служит для проведения питательных веществ).

Лиственные мхи могут размножаться стеблями, почками, ветвями, которые дают побег, так формируются сплошные ковры из мхов, устилающие землю. К классу листостебельных относятся сфагновые (имеют разнообразный окрас стебля — светло-зелёный, желтый, красный), андреевые и бриевые мхи.

Сфагновый мох

Печеночники встречаются на побережьях, болотах, скалистой местности. Отличительные черты: листья не имеют жилки, дорсовентральное строение, особый механизм раскрытия спорофита.

Листья расположены рядами, имеют две лопасти (нижняя лопасть, часто, завёрнутая и служит как резервуар для воды), ризоидные отростки – одноклеточные. Во время высыпания спор, спорофитовая коробочка раскрывается на отдельные створки, а рассеиванию клеток способствуют элатеры (пружинные образования).

Размножение может осуществляться с помощью почек (вегетативно), которые образуются на верхнем полюсе листьев. Представители класса пеллия эндиевлистная, милия аномальная, мох маршанция и др.

Маршанция

Антоцеротовые мхи населяют тропическую зону. Многоядерное тело (таллом) имеет розетковидную форму, состоит из однотипных клеток. В верхних шарах клеток находятся хроматофоры (содержат темно-зеленый пигмент). Нижняя часть таллома дает отростки, ризоиды, само тело образует полости, заполненные вязкой жидкостью, которая поддерживает постоянную влагу.

На поверхности таллома при неблагоприятных условиях образуются клубни, устойчивые к низкой влажности, после периода засухи формируют новое поколение. Растения однодомные, органы размножения развиваются в толще таллома, стадия спорофита преобладающая. К антоцеротовым относятся фолиоцерос, антоцерос, нототилас и др.

Плауновидные

Плауны — высшие споровые многолетние травянистые лесные растения размером от нескольких десятков сантиметров до 3 м, внешне напоминающие некоторые виды мхов. Насчитывают около 400 видов. Основная жизненная форма — диплоидный спорофит.

Особенности строения. Плауны имеют стелющиеся и приподнимающиеся, дихотомически ветвящиеся побеги. Листья простые, цельные, мелкие, сидячие, линейно-шиловидные, располагаются поочередно, иногда дихотомически.

Размножаются спорами, образующимися в результате мейоза и содержащих гаплоидный набор хромосом. Споры созревают в спороносных колосках — стробилах, образующихся на верхушках побегов и имеющих длину 15-20 см. Споры имеют тетраэдрическую форму и две оболочки — внутреннюю и наружную (шиповатую). Из споры прорастает гаметофит — заросток. Живет он частично или полностью под землей до 15 и более лет, питаясь благодаря симбиозу с грибами. После его появления над землей на нем формируются антеридии и архегонии. При наличии капельно-жидкой среды сперматозоид из антеридия проникает в архего-ний, где происходит оплодотворение. Образуется зигота, из которой прорастает зародыш спорофита, который после укоренения начинает существовать самостоятельно.

Значение. Споры плаунов используются в медицине при лечении пролежней и в качестве детской присыпки. Древовидные формы, существовавшие в карбоне, внесли значительный вклад в формирование залежей каменного угля.

Виды мхов с названиями и фото

Современная классификация мохообразных, основанная в первую очередь на внешнем строении, выделяет 3 класса. Ниже приводится краткая характеристика и примеры основных моховидных:

1. Антоцеротовые, распространенные в тропической и субтропической климатических зонах.

   Растение состоит из слоевища, схожего по форме с блюдцем, и ярко-зеленой свечи, расположенной в центре.

2. Печеночные – низшие растения, названные так за схожесть растения с печенью. Среда обитания – влажные скалистые образования и берега рек.

   Маршанция многообразная Типичный представитель – маршанция многообразная, риччия.

3. Листостебельные, зеленые (яванский, кукушкин лен) – наиболее крупный класс мохообразных, включающий 3 подкласса:
   • бриевые;
4. сфагновые, включающие более 300 видов и отличающиеся ветвящимся стеблем и отсутствием ризоидов.

   Представитель – сфагнум;

5. андреевые (андрея скальная и андрея холодная) произрастают в горах и арктических областях и отличаются черно-зеленым или красно-бурым цветом побегов.
6. Такакиевые мхи являются единственным родом одноименного семейства и широко распространены на Тихоокеанском побережье и юге, юго-востоке, востоке Азии.

   Представители – такакия рожковолистная и такакия лепидозиевидная.

7. Гипновые мохообразные произрастают повсеместно и отличаются разнообразием форм.

   Типичный представитель – гипнум кипарисовый.

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.

Описание и фото мха кукушкина льна

Кукушкин лен, или политрих обыкновенный (Polytrichum commune) – многолетнее споровое растение, листостебельный зеленый мох из семейства политриховых. Больше всего отдельный побег этого мха напоминает деревце в миниатюре. Темно-зеленые, узкие и довольно длинные листочки мха, располагаясь по спирали, покрывают почти все растение. Вместо корней у мха развиваются ризоиды. Широко распространен в лесной зоне, особенно в хвойных лесах, а также в лесотундре и тундре.

Мох кукушкин лен весной

Побеги мха вырастают обычно на 10 – 15 сантиметров, но в благоприятных условиях могут вытянуться и на полметра! Что же это за благоприятные условия? Почвы мох кукушкин лен предпочитает влажные, поэтому поселяется в ельниках, в низинках, около болот и на болотах, а также на сырых луговинах.

А еще, как и большинство растений, любит этот мох солнечный свет. В темном ельнике, даже на плодородной и сырой почве, он в своем росте будет ограничен. Сильно разрастаться не дают конкуренты. А вот если лес вырубить…

Вот тогда и наступает время кукушкина льна! Он вытягивается в длину, агрессивно захватывает новые участки, плотными подушками затягивает почву. Ни одно семечко не пробьется к земле через этот покров! Активно заселяет мох кукушкин лен не только вырубки, но и гари после лесных пожаров – те участки, что посырее.

Мох способен хорошо впитывать воду. Кроме того, под покровом густого мха почва меньше высыхает. Воздух в куртине всегда более влажный. Поэтому активное разрастание кукушкина льна – первый шаг к заболачиванию леса.

Вот и не любят этот мох лесники! Ведь его обилие будет препятствовать лесовосстановлению. С кукушкиным льном лесникам приходится бороться. А это – лишняя забота! А кто ж их любит, лишние заботы?!

Только, ежели разобраться, кто ж виноват в чрезмерном разрастании этого мха? Да человек, конечно. В лесу нетронутом таких возможностей у него нет. А, стало быть, «любишь кататься…»

Жизненный цикл мха кукушкина льна

Как у всех мхов, у кукушкина льна в жизненном цикле преобладает гаметофит. Наверное, нелишне напомнить, что это такое поколение в жизни растений, в клетках которого содержится лишь гаплоидный (одинарный) набор хромосом, а на гаметофите в специальных органах развиваются половые клетки, мужские и женские. Стебель, листья – все, что мы видим на фото кукушкина льна – а также ризоиды, и есть его гаметофит.

Главная жизненная форма кукушкина льна — гаметофит

Мужские половые органы – антеридии – развиваются на одних побегах кукушкина льна, женские – архегонии – на других. Подобные растения (не только мхи) принято называть двудомными. Созревшие сперматозоиды должны попасть к яйцеклеткам. А для этого нужна вода, хотя бы дождевая.

После оплодотворения из яйцеклетки вырастет растение нового поколения – спорофит. Уже с двойным, диплоидным набором хромосом в клетках. Спорофит мхов живет за счет гаметофита, и называют его спорогоном. У кукушкина льна это ножка с коробочкой – спорангием на конце. Понятно, что вырастает спорогон только на женских растениях.

На фото кукушкина льна видно, что растет этот новый организм на верхушке главного побега. Мхи с подобным расположением спорогона называют верхоплодными. С образованием его рост побега прекращается.

Мох кукушкин лен осенью

Созревшие споры разносит ветер. Часть из них прорастет. И с зеленой ниточки начнется жизнь нового растения в вечном круговороте жизни.

Эта красивая картинка — схема довольно наглядно представляет жизненный цикл мха кукушкина льна. Вечный круговорот жизни…

Великолепно размножается мох и вегетативно – приживаются даже небольшие участки побега. Поселить его в саду не составит никаких проблем – был бы лишь сыроватый участок. Не уверен, правда, что это стоит делать… Для любителей мхов есть достаточно много и более декоративных, и менее агрессивных лесных мхов. Но решать садоводам.

Интересные факты о мхах

Мхи – это уникальные по многообразию растения, при изучении которых открываются различные интересные факты:

1. Сфагновый мох способен впитать в себя количество воды, намного превышающее собственный вес растения. Влага скапливается в особых водоносных клетках и расходуется лишь в засушливый период.
2. Мхи способны восстанавливаться к жизни даже после длительной заморозки. Это научно доказано, когда растение возрастом около 1530 лет, добытое в Антарктиде, проросло в благоприятных условиях инкубатора.
3. Благодаря декоративным качествам мхи активно используются в ландшафтном дизайне.
4. Моховидные при наличии влажности могут распространяться повсеместно.
5. Сфагнумы широко применяются в медицине, а во время Второй мировой войны прикладывались на раны в качестве первой помощи.
6. В Мексике мхи служат рождественскими украшениями, а на Руси некоторые виды использовались в строительстве для конопатки.
7. Известны факты, когда во время голода в Финляндии моховидные применялись при приготовлении хлеба. В наши дни некоторые сфагновые используются при изготовлении виски.
8. Мохообразные способны к накапливанию и удерживанию радиоактивных веществ.

https://youtube.com/watch?v=nge9WfzxCN4