Типы размножения организмов бесполое размножение. Размножение организмов
1. Какие слова в предложениях пропущены и заменены буквами (а-в)?
"Воспроизведение живыми организмами себе подобных называется (а). Различают два типа размножения: (б) и (в)."
Буквами заменены следующие слова: а – размножением (самовоспроизведением), б, в – бесполое и половое.
2. Каково биологическое значение размножения организмов?
Размножение – неотъемлемое свойство всех живых организмов, обеспечивающее увеличение численности особей того или иного вида. При размножении происходит передача наследственной информации от родительских форм потомству, что обеспечивает воспроизведение признаков не только данного вида, но и конкретных родительских особей. Таким образом, размножение обеспечивает длительное существование биологических видов, сохраняя при этом преемственность между родителями и их потомками в ряду многих поколений.
3. Какими способами может осуществляться бесполое размножение у бактерий, протистов, грибов, растений и животных? Какие формы бесполого размножения основаны на явлении регенерации?
Бактерии размножаются делением клетки (а точнее – простым бинарным делением). Одноклеточные протисты могут размножаться делением клетки (например, амёбы, эвглены, инфузории) или с помощью спор (например, хлорелла). Основные способы бесполого размножения многоклеточных водорослей и грибов – фрагментация слоевища (или мицелия) и размножение с помощью спор. Бесполое размножение растений осуществляется при помощи спор, а также вегетативным способом. У примитивных животных (губок, кишечнополостных, некоторых червей) наблюдается почкование и фрагментация.
Вегетативное размножение и размножение путём фрагментации основаны на явлении регенерации.
4. Какие способы вегетативного размножения широко используются в сельском хозяйстве? Почему? Приведите примеры.
В сельском хозяйстве широко используется размножение культурных растений стеблевыми (смородина, виноград) и листовыми (узамбарская фиалка, бегония) черенками, отводками (крыжовник), видоизменёнными побегами – клубнями (картофель, топинамбур), луковицами (лук, чеснок, тюльпан, нарцисс), усами (земляника) и др. Эти способы размножения позволяют получать большое количество дочерних растений за сравнительно короткий срок.
В садоводстве распространено вегетативное размножение с помощью прививки. Этот способ позволяет быстро размножить ценные растения и обеспечивает их ускоренное развитие при полном сохранении сортовых качеств. Прививаемое культурное растение (привой) может получить такие ценные свойства подвоя (растения, на которое делают прививку), как морозоустойчивость, устойчивость к болезням, нетребовательность к плодородию почвы и др.
5. В чём заключаются особенности бесполого размножения растений и животных?
В цикле развития всех растений происходит строгое чередование двух поколений – гаметофита и спорофита и, соответственно, двух способов размножения – полового и бесполого. При этом у спорофита формируются особые органы (спорангии), в которых путём мейоза образуются специализированные клетки – споры. Они состоят из ядра и цитоплазмы с минимальным количеством питательных веществ. В благоприятных условиях споры прорастают и дают начало новым организмам.
Кроме того, многие растения способны к вегетативному размножению. При этом дочерние особи развиваются из вегетативных органов (или их частей) материнского растения.
Среди животных бесполое размножение наблюдается только у примитивных форм – губок, кишечнополостных, некоторых червей. Бесполое размножение этих животных осуществляется путём почкования или фрагментации.
6. При размножении растений одревесневшими черенками рекомендуют делать надрез в нижней части черенка для более быстрого укоренения. Как вы думаете, до какого слоя тканей нужно углубиться? Какой вид корней образуется на черенках?
Надрез нужно делать до камбия. Травмирование клеток образовательной ткани вызывает стимуляцию деления, что способствует ускорению процесса корнеобразования. Корни, которые образуются на черенках, называются придаточными.
7*. У хвощей наружная оболочка каждой споры образует две ленты, которые в сухом воздухе раскручиваются и объединяют споры друг с другом. Благодаря этому споры хвощей распространяются группами. У других растений, например у папоротника щитовника, споры разлетаются поодиночке. С чем связано наличие лент у спор хвощей и почему споры щитовника не имеют таких приспособлений?
Из спор хвощей и папоротников развиваются заростки (гаметофиты). У щитовника заростки обоеполые, а у хвощей – раздельнополые (на одних заростках формируются антеридии, на других – архегонии). Благодаря наличию лент споры хвощей распространяются группами, поэтому мужские и женские гаметофиты находятся в непосредственной близости друг к другу, что способствует оплодотворению.
* Задания, отмеченные звёздочкой, предполагают выдвижение учащимися различных гипотез. Поэтому при выставлении отметки учителю следует ориентироваться не только на ответ, приведённый здесь, а принимать во внимание каждую гипотезу, оценивая биологическое мышление учащихся, логику их рассуждений, оригинальность идей и т. д. После этого целесообразно ознакомить учащихся с приведённым ответом.
Размножение организмов - это репродуктивное воспроизведение подобных себе особей при участии обоих партнеров, поэтому по умолчанию оно считается половым. Это характерный отличительный признак всего живого на Земле. С этим все ясно. А теперь давайте выясним, какое размножение называют бесполым, и какими способами оно происходит.
Прежде чем сформулировать это понятие, отметим, что форма распространена как у многоклеточных, так и у одноклеточных организмов. Кто не в теме, поясним, что к первым относятся растения и грибы, а ко вторым - простейшие живые организмы (например, амебы). Название этого способа репродукции говорит само за себя - без участия половых клеток. Именно так размножаются амебы, инфузории-туфельки и другие простейшие. Заметим, что это сводит изменчивость организма на нет. Единственная «лазейка» в естественном отборе одноклеточных организмов - это лишь случайные мутации.
Итак, размножение у растений и животных, происходящее бесполым способом - это воспроизведение себе подобных, не связанное с обменом между двумя особями информацией генетического характера.
Способы бесполого размножения
После того, как мы разобрались, какое размножение называют бесполым, не лишним будет и упомянуть о его способах, коих достаточно много. Первый - это деление. Из одной особи, например, амебы образуются две другие - дочерние. Ядро начинает делиться, при этом цитоплазма начинает распадаться на две части.
Второй способ - это размножение спорами или спорообразование. Для него необходимы споры таких как растения или грибы. Важно! Споры бактерий в размножении не участвуют, поскольку одна бактерия способна образовать только одну спору.
Следующий способ - почкование. Так размножается, например, кишечнополостное простейшее - гидра. Дочерние особи формируются из «материнского» тела. Кстати, почкование и деление относятся к особому способу бесполого размножения - вегетативному. Более подробно об этом мы расскажем ниже.
Фрагментированным способом бесполого размножения обладают, например, Происходит это так: организм «матери» начинает делиться на части. Каждая из них становится дочерним организмом.
у животных и растенийОсобенный способ бесполого и низших животных - вегетативный. Репродукция происходит посредством вегетативных органов, таких как корни, листья или Например, малина размножается корнями (см.рисунок), фиалка - листьями, и так далее. Кстати, наибольшей популярностью этот способ репродукции пользуется среди дикорастущих растений.
С точки зрения биологии, этот процесс размножения объясняется стремлением растения к восстановлению своих утраченных частей. Размножение вегетативным способом может проходить как естественно, так и искусственно, например, при помощи человека. Таким способом репродукции обладают и многие растения, способные размножаться половым путем. У животных же вегетативным способом осуществляется деление или почкование.
Итак, довольно большое количество репродуктивных способов на собственных примерах показывают нам, какое размножение называют бесполым.
Размножение цветковых растений является воспроизведением разновидностями себе равных. Оно дает возможность поддерживать преемственность между различными поколениями и поддерживать количество популяций на каком-то определенном уровне.
Способы размножения растений
Самый простой способ получить красивую лужайку перед домом
Вы, конечно же, видели идеальный газон в кино, на аллее, а возможно, и на соседской лужайке. Те, кто хоть раз пытался вырастить зеленую площадку у себя на участке, без сомнений скажут, что это огромный труд. Газон требует тщательной посадки, ухода, удобрения, полива. Однако так думают только неопытные садоводы, профессионалы давно знают про инновационное средство - жидкий газон AquaGrazz .
Рассмотрим основные способы размножения растений.
Вегетативное размножение растений
Вегетативное размножение растений, сравнивая с таким способом размножения, как бесполое, возможно с помощью стеблей, листочков, почек и так далее. Вегетативное размножение растений должно осуществляться в благоприятных условиях: как и бесполое размножение.
Рассмотрим в таблице ниже, какой вегетативный орган использовать для размножения некоторых культур:
Бесполое
Бесполое размножение производится посредством спор. Спора является специализированной клеткой, которая прорастает без объединения с иными клетками. Они могут являться диплоидными и гаплоидными. Бесполое размножение возможно посредством жгутиков для передвижения. Бесполое может распространяться посредством ветров. Бесполое распространение – это самый распространенный способ размножения комнатных растений.
Размножение комнатных растений
Половое
Половое размножение растений имеет отношение к объединению особых половых клеток, которые называют гаметами. Гаметы бывают одинаковые и различные в морфологическом состоянии. Изогамия является слиянием одних и тех же гамет; гетерогамия является слиянием различных по габариту гамет. Для определенных групп растительности свойственно чередование поколений.
Виды размножения растений
Существуют следующие виды размножения растений:
Размножение делением
Этот способ очень известный и в то же время довольно надежный. Размножаются посредством деления кустистых корней посадки, которые могут вырастать от корневых побегов из спящих почек.
Деление куста
Для деления кустов потребуется нож, с помощью которого можно аккуратным образом разделить кустик на нужное число, однако, на каждой части должно быть не меньше 3 побегов либо почек. Затем все части нужно рассадить по емкостям и обеспечить необходимые для новых посадок условия роста. К тому же в некоторых случаях, чтобы получились новые корневые побеги, перед вегетационным периодом куст нужно подрезать, при этом нужно оставлять побеги лишь в центральной части растения. К концу летнего периода вырастают новые побеги, которые можно использовать для размножения.
Черенкование растений
Образование дочерней луковицы
Размножение комнатных растений также можно проводить с помощью еще одного способа деления кустов, только его отличие его в том, что он не является естественным вариантом размножения посадок.
Черенкование
Размножение с помощью черенков состоит в том, чтобы срезать со взрослых растений его черенков для укоренения и дальнейшего выращивания новых экземпляров растений - точной копии материнского. Исходя из того, какая часть растения применяется для черенкования, черенки бывают корневыми, стеблевыми и листовыми. Луковичные растения тоже можно так размножать.
Рассмотрим основные разновидности черенкования:
- Корневые черенки
Это хороший способ размножения для комнатных растений, в основном образующих новые побеги по бокам, которые произрастают у корней. Смысл метода заключается в том, что корневище растения делится на части, длина которых по 10 сантиметров. Области срезов обмакиваем древесным углем. Потом черенки нужно посадить в грунт в заранее изготовленные бороздки с маленьким уклоном вниз, при этом на основание необходимо нанести немного речного песка. Потом бороздки нужно засыпать песком, смешанным с грунтом.
Таким образом, выходит, что около корней располагается маленькая прослойка песка, которая облегчает адаптацию посадок. К тому же расстояние от корней до грунта не должно быть более трех сантиметров.
- Черенки со стеблей
Их можно получить посредством срезания маленьких стеблей растений, которые могут быть зелеными, полуодревесневшими и одревесневшими.
- Зеленые черенки
Зеленые черенки представляют собой новые побеги растения с зелеными стебельками, в основном у них точка роста и около 4 выросших листочков. Исходя из числа последних, рост побега может быть разным. Применять данный метод лучше весной или в начале лета, когда растение активно развивается. Для этого нужно срезать верхнюю часть побегов, которые имеют вышеупомянутые особенности. У различных растений период укоренения различный.
Зеленые чернки
Размножение с помощью отводок
Метод отводок состоит в том, что новые посадки вырастают посредством укоренения побегов при их развитии.
Воздушные отводки являются довольно эффективным методом увеличения числа посадок. Размножение таким способом подходит не для всех видов посадок. В основном его используют тогда, когда длина посадки оказывается достаточно большой.
Вначале нужно определить длину будущей посадки и подобрать соответствующий участок на стебле, освободить его от листочков и сделать пару надрезов около стебля в освобожденной территории. Затем на участке надреза нужно наложить мох либо почву для укоренения.
Интересным вариантом является пленка, которой покрывают пластиковый горшок. В центральной части его основания необходимо сделать дырки, равные диаметру стеблей, а потом распилить его на две части, таким образом, чтобы область распила имела место между дырками. Потом две части емкости нужно объединить на растении, таким образом, чтобы стебель был в этой дырке, и закрепить его. Обернуть с помощью мха область стебля, поместить в емкость, куда засыпаем легкий грунт. После всех вышеперечисленных моментов грунт постоянно нужно увлажнять, а когда побег начнет давать корни, стебель материнской посадки нужно обрезать под основанием горшка, а новую посадку пересадить в другую емкость для дальнейшего выращивания. Таким образом, можно размножать следующие растения: фикус, жасмин и драцену.
Воспроизведение (или самовоспроизведение ) — образование живым организмом нового, генетически подобного себе организма.
Размножение — увеличение числа особей данного вида, обусловленное их воспроизведением и обеспечивающее преемственность и непрерывность жизни в ряду поколений.
Преемственность означает, что при воспроизведении особей вся генетическая информация, заложенная в родительском поколении, передается дочернему поколению.
Непрерывность жизни означает неограниченно долгое, обусловленное сменой поколений существование видов и популяций организмов.
Жизненный цикл — совокупность этапов и фаз развития организма от момента образования зиготы и до наступления зрелости, характеризующейся способностью давать начало следующему поколению.
Типы жизненных циклов: простой и сложный.
Простой жизненный цикл полностью осуществляется в течение жизни одной особи и характеризуется сохранением общего плана строения организма.
Сложный жизненный цикл может выражаться в чередовании полового и бесполого поколений (у растений) или в явлении метаморфоза (у некоторых животных).
Типы размножения: бесполое и половое.
Бесполое размножение
Бесполое размножение — тип размножения, при котором в воспроизведении участвует одна родительская особь , а ее потомки развиваются из одной не половой (соматической) клетки или группы таких клеток родительского организма. Дочерние организмы, полученные путем бесполого размножения, называются клонами.
❖ Особенности бесполого размножения:
■ дочерние организмы имеют генотип, идентичный генотипу
родительского организма (они называются клонами)’,
■ дает большое количество потомков;
■ затрудняет эволюцию, так как дает материал для стабилизирующего естественного отбора.
Клон — генетически однородное потомство одной особи, возникшее путем бесполого размножения (клонами также называются клетки, образующиеся в результате митотического деления одной клетки)
Формы бесполого размножения одноклеточных:
■ деление клетки надвое
(встречается у бактерий и простейших — амеб, инфузорий, эвглен и др.);
■ почкование
— деление клетки на неравные части
; меньшая клетка отпочковывается от большей (встречается у дрожжей, некоторых бактерий);
■ множественное деление
(шизогония) — многократное деление ядра исходной клетки, после чего эта клетка распадается на соответствующее число одноядерных дочерних клеток (встречается у простейших и некоторых водорослей);
■ спорообразование
(спорогония) — размножение путем образования спор (встречается у водорослей, бактерий, простейших — споровиков).
Спора — одноклеточный зародыш, т.е. клетка, которая при попадании в благоприятные условия может развиться в новый организм. Спора всегда покрыта плотной оболочкой, защищающей ее внутреннее содержимое от неблагоприятных внешних условий.
❖ Формы бесполого размножения многоклеточных:
■ спорообразование
(наблюдается у мхов, хвощей, папоротников);
■ почкование
— размножение путем образования и последующего отделения почек (у гидр, губок); у некоторых видов организмов (у коралловых полипов) почки не отделяются (формируются колонии);
■ стробиляция
(встречается у некоторых кишечнополостных): деление верхней части полипа поперечными перетяжками на дочерние особи (стробилы), которые отрываются от родителя;
■ вегетативное
— размножение частями тела (мицелия у грибов, слоевища у водорослей и лишайников);
■ вегетативными органами
— дочерние организмы произрастают из стебля (смородина), корневища (пырей), клубня (картофель), луковицы (лук) и др.; характерна для цветковых растений;
■ фрагментация
— размножение из отдельных фрагментов родительского организма (встречается у некоторых плоских и кольчатых червей).
Почка — группа клеток, образующая выпячивание на теле родительского организма, из которой развивается дочерний организм.
Половое размножение
Половое размножение — тип размножения, при котором в воспроизведении участвуют две родительские особи ; новый организм развивается из зиготы, образующейся в результате слияния мужской и женской половых клеток — гамет .
Особенности полового размножения:
■ оно отличается наличием полового процесса;
■ обеспечивает обмен наследственной информацией между особями одного вида;
■ создает условия для возникновения наследственной изменчивости;
■ обеспечивает более разнообразное потомство;
■ повышает возможность организмов приспосабливаться к постоянно меняющимся условиям окружающей среды;
■ создает условия для естественного отбора и эволюции;
■ дает малое количество потомков;
■ характерно для всех эукариот-,
■ преобладает у животных и высших растений.
Половой процесс — комплекс событий, обеспечивающих обмен наследственной информацией между особями одного вида и создающих условия для возникновения наследственной изменчивости.
❖ Основные формы полового процесса:
■ конъюгация,
■ копуляция (гаметогамия).
У бактерий наблюдаются также трансформация и трансдукция.
Конъюгация (характерна для инфузорий, некоторых бактерий, водорослей и грибов) — процесс оплодотворения путем обмена мигрирующими ядрами , которые перемещаются из клетки одной особи в клетку другой по образовавшемуся между ними цитоплазматическому мостику.
При конъюгации количество особей не увеличивается; их размножение происходит бесполым путем (делением надвое).
Копуляция (или гаметогамия ) — процесс слияния двух различающиеся по полу клеток (гамет) с образованием зиготы. При этом два ядра гамет образуют одно ядро зиготы.
■ Копуляцией также называются: половой процесс у животных, имеющих копулятивные органы, и соединение при половом размножении двух особей, не имеющих половых органов (например, дождевых червей).
❖ Формы полового размножения
:
■ без оплодотворения;
■ с оплодотворением.
❖ Органы полового размножения:
■ у низших растений и многих грибов — гаметангии
;
■ у высших споровых растений — антеридии
(мужские органы) и архегонии
(женские органы);
■ у семенных растений — пыльцевые зерна
(мужские органы) и зародышевые мешки
(женские органы);
■ у животных — половые железы (гонады): семенники (у самцов), яичники (у самок);
■ у губок и кишечнополостных отсутствуют; гаметы возникают из различных соматических клеток.
Оплодотворение — процесс слияния мужской и женской половых клеток (гамет). В результате оплодотворения образуется зигота.
Зигота — оплодотворенная диплоидная (2n1хр) яйцеклетка , несущая наследственные задатки обоих родителей, т.е. клетка, образующаяся в результате слияния гамет разного пола. Из зиготы развивается новый дочерний организм; иногда (у некоторых водорослей и грибов) зигота покрывается плотной оболочкой и превращается в зигоспору.
Яйцеклетка — женская половая клетка (обычно имеет сферическую форму, значительно крупнее соматических клеток, неподвижна, содержит много питательных веществ в виде желточных зерен и белка).
Сперматозоид — мужская половая клетка (мелкая, очень подвижная клетка, перемещающаяся с помощью одного или нескольких жгутиков; имеется у самцов животных, некоторых грибов и многих растений, половое размножение которых обеспечивается наличием водной среды). Состоит из головки, шейки и хвоста. В головке находится ядро с гаплоидным набором хромосом (lnlxp), в шейке — митохондрии, вырабатывающие энергию для движения, и центриоль, обеспечивающая колебания жгутика.
Спермин — не имеющие жгутиков мужские половые клетки покрытосеменных и голосеменных растений; доставляются к яйцеклетке с помощью пыльцевой трубки.
❖ Гаметогенез — процесс образования и развития половых клеток.
■ Сперматогенез — процесс формирования мужских половых клеток (мужских гамет); происходит в семенниках.
■ Оогенез — процесс формирования яйцеклеток (женских гамет); происходит в яичниках.
❖ Стадии гаметогенеза:
■размножение: митотическое деление первичных половых диплоидных клеток (сперматогоний у самцов и оогоний у самок) ткани семенных канальцев семенников (у самцов) или яичников (у самок); у самок млекопитающих эта стадия реализуется во время эмбрионального развития организма, у самцов — с момента полового созревания особи;
■ рост (на интерфазе клеточного цикла): увеличение в размерах сперматогоний и оогоний за счет роста в них количества цитоплазмы; репликация ДНК и формирование второй хроматиды; образование из сперматогоний (у самцов) сперматоцитов I порядка и из оогоний (у самок) — ооцитов I порядка (2n2хр);
■ созревание — мейотическое деление:
— результат первого мейотического деления: у самцов — образование двух сперматоцитов II порядка (1n2хр) из одного сперматоцита I порядка, у самок — образование одного ооцита II порядка (1n2хр) и вторичного (редукционного) тельца из одного ооцита I порядка;
— результат второго мейотического деления: у самцов образование четырех гаплоидных однохроматидных сперматид (lnlxp), у самок — одной гаплоидной однохроматидной яйцеклетки (lnlxp) и трех вторичных телец; вторичные тельца в дальнейшем погибают;
■ формирование: сперматиды не делятся; из каждой из них образуется сперматозоид (у женских гамет эта стадия отсутствует).
❖ Партеногенез (или девственное размножение) — развитие организма из неоплодотворенной яйцеклетки.
Типы партеногенеза
(в зависимости от набора хромосом в яйцеклетке):
■ гаплоидный (пчелы, муравьи и др.):
■ диплоидный (низшие ракообразные, некоторые ящерицы и др.).
Оплодотворение
Оплодотворению (см. выше) предшествует осеменение. Осеменение — процесс, обеспечивающий встречу сперматозоидов и яйцеклеток.
Типы осеменения: наружное (характерно для водных обитателей; сперматозоиды и яйцеклетки выделяются в воду, где и происходит их слияние) и внутреннее (происходящее с помощью ко-пулятивных органов; характерно для обитателей суши).
У млекопитающих и человека яйцеклетки приобретают способность к оплодотворению в результате овуляции.
Овуляция — выход зрелых клеток у млекопитающих в полость тела. Периодичность овуляции регулируется нервной системой и гормонами эндокринной системы.
❖ Фазы оплодотворения:
■ проникновение сперматозоида в яйцеклетку (при этом в яйцеклетке формируется оболочка оплодотворения, препятствующая проникновению в яйцеклетку других сперматозоидов);
■ слияние ядер и восстановление диплоидного набора хромосом;
■ активация развития зиготы (формирование веретена деления, побуждающего зиготу к делению).
Понятие онтогенеза
Онтогенез — это совокупность процессов индивидуального развития организма с момента образования зиготы (оплодотворения яйцеклетки) до конца жизни особи.
❖ Периоды онтогенеза:
■ эмбриональный
— с момента образования зиготы до прорастания семян (у растений) или рождения молодой особи (у животных);
■ постэмбриональный
— от прорастания семян (у растений) или рождения (у животных) до смерти организма.
Размножение – универсальное свойство живого, обеспечивающее материальную непрерывность в ряду поколений. Эволюция способов размножения.
Размножение –способность организмов к самовоспроизведению. Свойства организмов производить потомство. Это является условием существования вида, в основе которого – передача генетического материала. Эволюция размножения шла, как правило, в направлении от бесполого к половому размножению, от изогамии к оогамии, от участия всех клеток в размножении к формированию половых клеток и от наружного оплодотворения к внутреннему с внутриутробным развитием и заботой о потомстве. В ходе эволюции у разных групп организмов сформировались разные пути и стратегии размножения, и тот факт, что эти группы выжили и существуют, доказывает эффективность разных способов осуществления данного процесса. Все разнообразие способов размножения можно разделить на два основных типа: бесполое и половое размножение.
Бесполое размножение, его виды и биологическое значение.
При бесполом размножении участвует одна особь; образуются особи генетически идентичные исходной родительской; половые клетки не образуются. Бесполое размножение усиливает роль стабилизирующего естественного отбора, обеспечивает сохранение приспособленности в изменяющихся условиях обитания.
Встречается два вида бесполого размножения: вегетативное и спорообразование (Табл. 10). Частным случаем является полиэмбриония у позвоночных – бесполое размножение на ранних стадиях эмбрионального развития. Впервые описано И.И. Мечниковым на примере расщепления бластул у медузы и развитие из каждого агрегата клеток целого организма. У человека примером полиэмбрионии является развитие однояйцевых близнецов.
Таблица 10 - Виды бесполого размножения на организменном уровне
|
Вегетативное: |
Спорообразование: |
|
Размножение группой соматических клеток. Простое деление надвое: у прокариот, и одноклеточных эукариот. Шизогония (эндогония): у одноклеточных жгутиковых и споровиков. Почкование: у одноклеточных дрожжей; у многоклеточных – гидры. Фрагментация: у многоклеточных червей. Полиэмбриония. Вегетативными органами: стеблевыми и корневыми почками, луковицами, клубнями. Упорядоченное деление: равномерный, продольный и поперечный амитоз у морской звезды и кольчатых червей. |
Спора – специализированная клетка с гаплоидным набором хромосом. Образуется мейозом, реже – митозом на материнском растении спорофите в спорангиях. Встречается у простейших эукариот, водорослей, грибов, мхов, папоротников, хвощей и плаунов. |
Половое размножение, его виды и преимущества над бесполым размножением.
Эволюционно половому размножению предшествовал половой процесс – конъюгация. Конъюгация обеспечивает обмен генетической информации без увеличения количества особей. Встречается у простейших, эукариот, водорослей и бактерий.
Половое размножение – возникновение и развитие потомства из оплодотворенной яйцеклетки – зиготы (Табл. 11). В ходе исторического развития половое размножение организмов стало доминирующим в растительном и животном мире. Оно имеет ряд преимуществ:
Высокий коэффициент размножения.
Обновление генетического материала. Источник наследственной изменчивости. Успех в борьбе за существование.
Большие адаптивные способности дочерних особей.
Половое размножение характеризуется следующими особенностями:
Участвуют две особи.
Источником образования новых организмов служат специальные клетки – гаметы, обладающие половой дифференцировкой.
Для образования нового организма необходимо слияние двух половых клеток. Достаточно одной клетки от каждого родителя.
Нерегулярные типы полового размножения (Табл. 11):
1. Партеногенез –развитие зародыша из неоплодотворенной яйцеклетки. Встречается у низших ракообразных, коловраток, пчел, ос. Различают соматический или диплоидный и генеративный или гаплоидный партеногенез. При соматическом – яйцеклетка или не претерпевает редукционного деления, или два гаплоидных ядра сливаются вместе, восстанавливая диплоидный набор хромосом. При генеративном – зародыш развивается из гаплоидной яйцеклетки. Так, у медоносной пчелы трутни развиваются из неоплодотворенных гаплоидных яиц. У ос, муравьёв при партеногенезе диплоидный набор восстанавливается в соматических клетках за счет эндомитоза.
Таблица 11 - Типы полового размножения у эукариот
2. Гиногенез – вид полового размножения, при котором участвуют сперматозоиды как стимуляторы развития яйцеклетки, но оплодотворения (кариогамии) в этом случае не происходит. Развитие зародыша осуществляется за счет женского ядра. Наблюдается у круглых червей, у живородящей рыбки Molinеsia. Ядро сперматозоида разрушается и теряет способность к кариогамии, но сохраняет способность к активации яйца. Потомство получает генетическую информацию от матери.
3. Андрогенез – вид размножения, при котором происходит развитие яйца за счет мужского ядра и материнской цитоплазмы. Гаплоидный зародыш характеризуется низкой жизнеспособностью, которая нормализуется при восстановлении диплоидного набора хромосом. При полиспермии возможно слияние двух отцовских пронуклеусов и образование диплоидного ядра, как у тутового шелкопряда.
Гаметогенез. Особенности овогенеза и сперматогенеза у человека, его гормональная регуляция.
Процесс образования половых клеток называется г аметогенезом . Этот процесс протекает в половых железах (семенниках и яичниках) и подразделяется на сперматогенез – образование сперматозоидов и оогенез – образование яйцеклеток.
Сперматогенез проходит в извитых семенных канальцах семенников и включает четыре фазы (Табл. 12):
созревания;
формирования.
размножения;
Фаза размножения: многократный митоз сперматогоний.
Фаза роста: клетки утрачивают способность к митозу и увеличиваются в размере. Теперь они называются сперматоциты I порядка, которые вступают в длительную (около 3-х недель) профазу 1-го деления мейоза.
Таблица 12 - Этапы сперматогенеза
|
Зоны половой железы |
Этапы |
|
1. Размножения |
Сперматогонии (2n4C) |
|
Сперматоциты I (2n4C) |
|
|
3. Созревания |
Сперматоциты II (1n2C) Сперматиды (1n1C) |
|
4. Формирования |
Сперматозоиды |
Фаза созревания: Включает два последовательных деления мейоза: в результате 1-го (редукционного) деления из сперматоцитов I порядка образуются гаплоидные сперматоциты II порядка (1n 2 хроматиды 2c). Они имеют меньшие размеры, чем сперматоциты I порядка и располагаются ближе к просвету канальца. Второе деление мейоза (эквационное) приводит к образованию четырех сперматид – сравнительно мелких клеток с гаплоидным набором ДНК (1n 1 хроматида 1c).
Фаза формирования: Заключается в преобразовании сперматид в сперматозоиды. Хроматин в ядре уплотняется, размеры ядра уменьшаются. Комплекс Гольджи преобразуется в акросому, содержащую литические ферменты, необходимые для расщепления оболочек яйцеклетки. Акросома прилежит к ядру и постепенно распластывается над ним в виде шапочки. Центриоли перемещаются к противоположному полюсу клетки. Из дистальной центриоли формируется жгутик, который затем становится осевой нитью развивающегося сперматозоида. Избыток цитоплазмы сбрасывается в просвет канальца и фагоцитируется клетками Сертоли.
Сперматогенез у человека осуществляется на протяжении всего периода половой зрелости в извитых семенных канальцах. Развитие сперматозоида длится 72-75 суток.
Оогенез – совокупность последовательных процессов развития женской половой клетки. Оогенез включает периоды размножения, роста и созревания (Табл. 13). В период размножения путем митозов увеличивается число диплоидных половых клеток – оогоний; после прекращения митозов и репликации ДНК в премейотической интерфазе они вступают в профазу мейоза, совпадающую с периодом роста клеток, называемых ооцитами I порядка. В начале периода роста (фаза медленного роста) ооцит увеличивается незначительно, в его ядре происходят конъюгация гомологичных хромосом и кроссинговер. В цитоплазме увеличивается количество органоидов. Эта фаза у человека длится годами. В фазе быстрого роста объем ооцитов увеличивается в сотни и более раз в основном за счет накопления рибосом и желтка. В период созревания происходит 2 деления мейоза. В результате 1-го деления образуется ооцит II порядка и редукционное тельце. К концу периода созревания ооциты приобретают способность оплодотворяться, а дальнейшее деление их ядер блокируется. Мейоз завершается в процессе оплодотворения образованием одной яйцеклетки и выделением 3-х редукционных телец. Последние в дальнейшем дегенерируют.
Таблица 13 - Этапы оогенеза
Отличия оогенеза от сперматогенеза:
Период размножения оогониев заканчивается к моменту рождения.
Период роста при оогенезе длиннее, чем при сперматогенезе и имеет период медленного роста, когда происходит увеличение размеров ядра и цитоплазмы, и период быстрого роста – накопление желточных включений.
При оогенезе из одного ооцита I образуется одна полноценная половая клетка, при сперматогенезе из сперматоцита I – четыре.
Фаза формирования характерна только для сперматогенеза. Формирование яйцеклетки происходит в период оплодотворения.
У человека яйцеклетки и сперматозоиды развиваются из первичных половых клеток, которые образуются во внезародышевой мезодерме. Первичные половые клетки впоследствии мигрируют к месту своей окончательной локализации – в бисексуальную гонаду. У многих животных участки цитоплазмы, ответственные за выделение первичных половых клеток, отличаются пигментацией или гранулами. Это половые детерминанты. Половая цитоплазма сосредотачивается на вегетативном полюсе клетки.
Специфические признаки женского пола (развитие яичника) становятся заметны в конце 8-й недели. К концу 3 месяца внутриутробного развития в глубине гонад образуются ооциты (профаза 1). К 7 месяцу быстрые темпы приобретет дифференцировка яичника. К 9-му месяцу в яичнике имеется 200-400 тыс. ооцитов.
При овогенезе митотическое деление первичных женских половых клеток (оогониев) прекращается к 5-му месяцу внутриутробного развития. Количество их достигает почти 7 млн. Оогонии в процессе своего развития превращается в ооциты первого порядка. Дальнейшее внутриутробное размножение оогониев прекращается. Поэтому к моменту рождения у девочки в яичнике содержится уже около 2 млн. ооцитов в первичных фолликулах. Однако, среди них происходит интенсивный процесс атрезии. Поэтому, к началу половой зрелости в яичнике женщины остается около 400-500 тыс., способных к дальнейшему развитию, ооцитов.
Образование первичных фолликулов завершается к концу 3-го месяца внутриутробного развития, когда фолликулярные клетки полностью покрывают ооцит. К моменту завершения образования первичного фолликула ооциты находятся на стадии мейоза I, на стадии диктиотены (фаза диплотены). С этого момента наступает длительный перерыв в дальнейшем их развитии. Остановка деления ооцитов I сохраняется до наступления половой зрелости.
Незадолго до овуляции прерывается первая остановка на стадии диплотены первого деления мейоза. Деление быстро завершается образованием ооцита II порядка и одного, так называемого, редукционного тельца. Овулированный ооцит называется ооцитом II порядка. После овулирования в ооците начинается второе деление мейоза, которое длится до метафазы II. Если оплодотворение произошло, то практически одновременно с ним завершается и вторая фаза мейоза. В результате образуется яйцеклетка. Если в течение 48 часов после овуляции оплодотворение не произошло, то овулированное яйцо (ооцит II) погибает.
Ежемесячно в яичнике созревает один фолликул, внутри которого находится способная к оплодотворению гамета. Созревание фолликула имеет несколько стадий. Вначале ооциты I порядка окружаются слоем клеток, и формируется первичный фолликул. Далее в период до полового созревания фолликулы увеличиваются в размерах за счет роста ооцита, формирования прозрачной зоны и лучистого венца. Затем вторичный фолликул растет, превращается в третичный или зрелый, содержащий ооцит II порядка. Всего за детородный период у женщины созревает 400-800 фолликулов.
После созревания овариального фолликула его стенки разрываются, и ооцит II попадает в полость тела. Воронка яйцевода (фаллопиевы трубы) располагаются возле яичника. Реснички обеспечивают передвижение яйца по яйцеводу, где происходит оплодотворение. После овуляции разрушенный овариальный фолликул сокращается и в результате деления фолликулярных клеток образуется «желтое тело», заполняющее полость пузырька. Если оплодотворение не происходит, оно дегенерирует, а в другом участке яичника начинают расти новые фолликулы. При наступлении беременности «желтое тело» сохраняется, а новые фолликулы образуются после родов. В течение ювенильного и зрелого периодов онтогенеза ооциты в яичниках находятся в профазе I (стадия диплотены: хромосомы в них в виде ламповых щеток, интенсивный синтез РНК на определенных генах). Блок профазы 1 периодически снимается с ооцитов, завершается мейоз I и наступает мейоз II. При оплодотворении, через 24 часа, мейоз II завершается, а еще через 10 часов образуется синкарион и идет синкариогамия.
Блокировка имеет адаптивный характер. Конъюгация и кроссинговер в мейозе находятся под защитой материнского организма, что гарантирует меньшее количество аномалий зародыша. В постэмбриональный период организм подвержен разнообразным воздействиям окружающей среды, что увеличивает частоту образования аномальных гамет.
Рост фолликулов, их овуляция – гормонально зависимые процессы, которые регулируются тремя гонадотропными гормонами гипофиза: фолликулостимулирующим (ФСГ), лютеинизирующим (ЛГ), лютеотропным (ЛТГ), гормонами яичника – эстрогенами и прогестероном. Под влиянием ФСГ происходит развитие и созревание фолликулов в яичнике. При совместном действии ФСГ и ЛГ происходит разрыв зрелого фолликула, овуляция, образование «желтого тела». После овуляции ЛГ способствует выработке в яичнике «желтым телом» гормона прогестерона.
Секреция ЛГ и ФСГ гипофизом регулируется нейрогуморальной активностью гипоталамуса, вырабатывающего нейрогормоны: вазопрессин, окситоцин. Эти центры в свою очередь находятся под влиянием гормонов яичника – эстрогенов. Они влияют на развитие вторичных половых признаков, на обмен веществ (усиливают диссимиляцию белков) и теплорегуляцию. Кроме того, яичники вырабатывают и андрогены – мужские половые гормоны. Последние образуются также и в коре надпочечников.
Специфические признаки мужского пола, развитие семенника наблюдаются в конце 7-ой недели внутриутробного развития.
Мужская половая железа – семенник состоит из семенных канальцев, окруженных соединительной и рыхлой интерстициальной тканью, продуцирующей гормоны.
Сперматогенез – это процесс превращения первичных половых клеток – сперматогониев в сперматозоиды в семенниках. Процесс происходит в семенных канальцах мужских половых желез. Сперматогонии располагаются у наружной стенки семенных канальцев. Они в определенный момент начинают расти и перемещаться от периферии к центру канальцев, переходя к митотическому делению, в результате чего образуются сперматогонии. Сперматогонии растут и после многочисленных митотических делений образуют сперматоциты, переходящие к мейозу, два последовательных деления которого завершается образованием полноценных клеток – сперматид, дифференцирующихся в сперматозоиды. Два последовательных деления мейоза называют часто делением созревания.
У человека первое деление мейоза продолжается несколько недель, второе – 8 часов. Во время второго деления сперматоциты второго порядка дают четыре незрелые гаплоидные (1n1c) половые клетки – сперматиды. В зоне формирования они становятся сперматозоидами.
Сперматогенез осуществляется на протяжении всего периода половой зрелости мужской особи. Полное созревание клетки составляет 72 суток.
Функции семенников регулируются эндокринными железами и гипофизом. Основным мужским половым гормоном вырабатываемым в клетках Лейдига семенников является тестостерон. Под влиянием мужских половых гормонов усиливается образование и распад белка в организме, что ведет к развитию мускулатуры, костной ткани, размеров тела.
Морфофункциональная характеристика зрелых гамет у человека.
Яйцеклетка – овальная, крупная, малоподвижная или неподвижная. У большинства животных отсутствует центросома и не способна к самостоятельному делению. По содержанию и распределению желтка различают несколько типов яйцеклеток (Табл. 14).
Таблица 14 - Типы яйцеклеток
Распределение желтка определяет пространственную организацию зародыша. Изолецитальные яйцеклетки характеризуются небольшим количеством равномерно распределенного желтка, например у ланцетника. Полилецитальные – с умеренным (амфибии) и чрезмерным содержанием желтка (рептилии, птицы). Телолецитальные яйца характеризуются неравномерным распределением желтка и формированием полюсов: анимального , на котором нет желтка, вегетативного – с желтком. Центролецитальные – характеризуются большим количеством равномерно распределенного желтка в центре яйца и характерны для членистоногих.
Яйцеклетка образует 3 типа защитных оболочек:
Первичная – желточная, продукт жизнедеятельности ооцита или яйцеклетки, находится в контакте с цитоплазмой. У человека она входит в состав плотной оболочки, образуя ее внутреннюю часть. Наружная ее зона образуется фолликулярными клетками и является вторичной (лучистый венец).
Вторичная – формируется как производное фолликулярных клеток (их выделение), окружающих ооцит (клетки зернистого слоя). У насекомых – хорион, у человека – лучистый венец. Плотная оболочка пронизана микроворсинками яйца изнутри, а снаружи – микроворсинками фолликулярных клеток. Таким образом у человека образуется лучистый венец и блестящая зона.
Третичная – образуется после оплодотворения за счет выделения желез или слизистого эпителия половых путей по мере прохождения по яйцеводу самки. Это студенистые оболочки яиц амфибий, белковые, подскорлуповые и скорлуповые у птиц.
В ходе оплодотворения сперматозоид преодолевает вторичную и первичную оболочки.
Сперматозоид. Гамета мелкая, подвижная. Имеет части: головку, шейку, среднюю часть и хвост. Головка состоит из акросомы и ядра. Акросома формируется из элементов комплекса Гольджи сперматиды. Акросома обеспечивает проникновение сперматозоидов в яйцеклетку и активацию последней с помощью фермента гиалуронидазы.
Ядро сперматозоида содержит компактно упакованные дезоксинуклеопротеиды. Такая упаковка гаплоидного набора хромосом связана с белками протаминами. Ее значение – почти полная инактивация генетического материала.
В шейке имеются проксимальная и дистальная центриоли, расположенные под прямым углом. Проксимальная – участвует в образовании веретена деления оплодотворенного яйца, а из дистальной – образуется осевая нить хвоста.
В средней части сконцентрированы митохондрии, образующие компактное скопление – митохондриальную спираль. Эта часть обеспечивает энергетическую и метаболическую активность сперматозоида.
Основа хвоста – осевая нить, окруженная небольшим количеством цитоплазмы и клеточной мембраной.
Жизнеспособность сперматозоида зависит от концентрации спермы (густая взвесь), концентрации водородных ионов (в щелочной среде наибольшая активность) и температуры.
Оплодотворение, его фазы, биологическая сущность.
Процессу оплодотворения (слияние ядер мужской и женской гамет) предшествует осеменение. Осеменение – процессы, обуславливающие встречу сперматозоида и яйцеклетки. Взаимодействие гамет обеспечивается выделением особых веществ – гамонов (гиногамонов и андрогамонов). Гиногамон I стимулирует подвижность сперматозоида. Гиногамон II блокирует двигательную активность сперматозоидов и способствует их фиксации на оболочке яйцеклетки. Андрогамон I тормозит движение сперматозоидов, что предохраняет их от преждевременной растраты энергии. Андрогамон II способствует растворению оболочки яйцеклетки.
Существует два способа осеменения: наружное и внутреннее. У некоторых животных наблюдается кожное осеменение, которое является переходной формой. Это характерно для немертин, пиявок.
Этапы оплодотворение:
Сближение гамет, акросомная реакция и проникновение сперматозоида;
Активация яйца, его синтетических процессов;
Слияние гамет (сингамия).
Наружная фаза. Сближение гамет относится к наружной фазе. Женские и мужские гаметы выделяют специфические соединения, которые называются гамонами. Яйцеклетками продуцируются гиногамоны I и II, сперматозоидами – андрогамоны I и II. Гиногамоны I активизируют движение сперматозоидов и обеспечивают контакт с яйцом, а андрогамоны II растворяют оболочку яйца.
Период жизнеспособности яйцеклеток у млекопитающих – от нескольких минут до 24 часов и более. Он зависит от внутренних и внешних условий. Жизнеспособность сперматозоидов 96 часов. Способность к оплодотворению сохраняется 24-48 часов.
В момент контакта сперматозоида с наружной оболочкой яйца начинается акросомная реакция. Из акросомы выделяется фермент гиалуронидаза. В месте контакта сперматозоида с плазматической мембраной яйца образуется выпячивание или бугорок оплодотворения. Бугорок оплодотворения способствует втягиванию сперматозоида внутрь яйца. Мембраны гамет сливаются. Слияние мужских и женских половых клеток называется сингамия. В ряде случаев (у млекопитающих) сперматозоид проникает в яйцо без активного участия бугорка оплодотворения. Ядро и центриоль сперматозоида переходят в цитоплазму яйца, что способствует завершению мейоза II в ооците.
Внутренняя фаза. Характеризуется кортикальной реакцией со стороны яйцеклетки. Происходит отслойка желточной оболочки, которая затвердевает и называется оболочкой оплодотворения. В момент завершения мейоза формируется мужской и женский пронуклеусы. Оба пронуклеуса сливаются. Слияние ядер гамет – синкариогамия составляет сущность процесса оплодотворения, в результате чего образуется зигота.
Современная репродуктивная стратегия человека.
Современная репродуктивная стратегия человека включает в себя:
Пренатальную диагностику наследственных заболеваний;
Использование методов преодоления бесплодия:
искусственное оплодотворение;
оплодотворение яйцеклетки в пробирке;
трансплантация эмбрионов с использованием «суррогатного материнства».
донорство яйцеклеток и эмбрионов.
