Размножение высших растений

Размножение – это общее свойство всех живых организмов. Размножение, т. е. воспроизведение себе подобных, обеспечивает непрерывность и преемственность жизни. В основе размножения лежит способность клетки к делению, а передача генетической информации обеспечивает материальную преемственность поколений любого вида. В процессе эволюции в природе возникло несколько способов размножения, каждый из которых имеет свои преимущества и свои недостатки. Все разнообразные типы размножения можно объединить в два основных – бесполое и половое.

Бесполое размножение. Бесполое размножение осуществляется без участия половых клеток и является наиболее древним типом размножения.

Существует несколько вариантов бесполого размножения растений.

Спорообразование. При спорообразовании в особых органах растения – спорангиях – образуются одноклеточные споры или зооспоры. Спорами размножается большинство водорослей, а из высших растений – моховидные, плауны, хвощи и папоротники, которые так и называют – высшие споровые растения. Зооспоры, в отличие от обычных спор, подвижны, имеют жгутики и характерны в основном для организмов, живущих в воде (водорослей).

Вегетативное размножение. Размножение, при котором новое растение может возникнуть из вегетативного органа или его части, называют вегетативным размножением. Оно основано на способности растений к регенерации и свойственно не только высшим, но и низшим растениям.

Среди многолетников почти все травянистые и многие деревянистые растения способны так или иначе к вегетативному размножению. Вегетативное размножение имеет большое значение и в естественных условиях, и в сельскохозяйственной практике:

  • способствует воспроизведению, когда условия препятствуют семенному размножению;
  • обеспечивает значительное увеличение числа особей и их расселение;
  • дочерние особи сохраняют все свойства и признаки материнского растения без изменений.

Различают естественное и искусственное вегетативное размножение, между которыми нельзя провести резкую границу.

Естественное вегетативное размножение. В естественных природных условиях вегетативное размножение, как правило, происходит с помощью специализированных частей тела растения.

Выводковые почки. Некоторые растения способны образовывать почки, которые, опадая в воду или на благоприятную почву, дают начало новому растению. Почка является зачаточным побегом, следовательно, такое размножение можно считать одной из форм размножения при помощи побегов. Выводковыми почками размножаются многие дикорастущие растения (очиток, камнеломки, мятлик луговой). В комнатных условиях часто разводят бриофиллюм, образующий выводковые почки на листьях (см. рис. 28). Растения, размножающиеся таким способом, называют живородящими. (На самом деле это ложное живорождение. Настоящим живорождением называют способ размножения, при котором зародыш семени прорастает непосредственно на материнском растении. Такое истинное живорождение встречается у некоторых тропических растений.) Распространены они в основном в полярных, высокогорных и степных местностях, где из-за краткости вегетационного периода семена не успевают вызревать.

Надземные ползучие укореняющиеся побеги. Многие растения образуют специализированные побеги: усы (земляника), плети (живучка), столоны (костяника). В узлах этих побегов при соприкосновении с влажной почвой развивается собственная корневая система, и формируются вертикальные надземные побеги.
Корневище. В узлах подземных корневищ на некотором расстоянии от материнского растения формируются придаточные корни и надземные побеги (см. рис. 30). В дальнейшем, когда старые корневища перегнивают, образуются несколько самостоятельных растений. В благоприятных условиях растения с длинными корневищами очень быстро завоевывают новые площади и являются опасными сорняками (пырей ползучий).

Корневая поросль, или корневые отпрыски. Многие растения образуют надземные побеги из горизонтально растущих под землей корней (см. рис. 20, Д). Такой способностью обладают слива, малина, вишня, ежевика, осина, тополь, сирень и др. Кроме корневой существует и так называемая пневая поросль – образование у основания ствола из спящих или придаточных почек новых побегов. Как правило, это происходит, если дерево спилено или сильно повреждено. Первое время новые побеги живут за счет материнского растения, а затем формируют собственную корневую систему.

Клубни, луковицы. Клубни, служащие для вегетативного размножения, могут быть стеблевого и корневого происхождения, подземными и надземными. (Корневые клубни обычно называют корневыми шишками (орхидные, георгины).) При размножении клубнями из глазков образуются новые побеги (картофель, топинамбур). Луковицами размножаются многие травянистые, в основном однодольные растения из семейств лилейных и амариллисовых (лилии, тюльпаны, гиацинты, нарциссы, лук, чеснок и др.). Размножение луковицами заключается в том, что взамен отмирающей материнской луковицы образуются несколько дочерних, каждая из которых дает начало новому растению.

Черенки. У многих видов побеги, отделенные от материнского растения, могут укореняться и давать начало новому растению. В естественных условиях это свойственно, например, иве ломкой, ветви которой легко обламываются ветром, падают на влажную почву, образуют корни и прорастают в новое растение.

Искусственное вегетативное размножение. При искусственном размножении используют все виды вегетативного размножения, встречающиеся в природе. Однако существуют и специальные дополнительные методы.

Листовые черенки. Сравнительно немногие растения (бегония, глоксиния, узумбарская фиалка) могут восстанавливаться из отрезанных листьев.

Деление куста. Разделение растения с побегами и корнями в продольном направлении на несколько частей, которые затем рассаживают (пионы, флоксы).

Отводки. Нижние ветки растения (смородины, крыжовника) пригибают к земле, пришпиливают специальными деревянными шпильками и присыпают землей. Когда образуются придаточные корни, ветку-отводок отрезают от материнского куста и пересаживают. Способ похож на черенкование, только в данном случае укоренение происходит до отделения ветки.

Прививка. Метод основан на пересадке частей одного или нескольких растений на другое растение, имеющее корневую систему. Растение с собственной корневой системой называют подвоем, второе, которое сращивают с подвоем, – привоем. Существуют разные способы прививки (рис. 48). Окулировка – это прививка почкой (глазком). На небольшом расстоянии от почвы на стволе подвоя делают Т-образный разрез, отодвигают кору и под нее вставляют привой – срезанную почку вместе с плоским кусочком древесины. Затем на место операции накладывают плотную повязку. Обычно через 10 – 15 дней фрагменты срастаются. Копулировка – это прививка черенками. При одинаковой толщине подвоя и привоя на них делают косые срезы, прикладывают один к другому поверхностями срезов и накладывают повязку. Если подвой большего диаметра, черенок прививают в расщеп или под кору. Аблактировку, или метод сближения, можно использовать, если соединяемые растения растут рядом. На обоих растениях делают одинаковые по длине срезы коры, срезанные поверхности сближают, прикладывают друг к другу и туго забинтовывают вместе. В таком состоянии растения находятся все лето и зиму.

Рис. 48. Разные способы прививки: А – окулировка; Б – обыкновенная копулировка; В – копулировка под кору; Г – копулировка в расщеп
Культура клеток и тканей. В искусственных условиях возможно воспроизведение высшего растения из одной клетки, взятой из любой уже специализированной ткани. Этот способ размножения основан на уникальной особенности растительных клеток. В начале 60-х гг. ХХ в. впервые было показано, что клетки растений, даже после достижения зрелости и специализации, в подходящих условиях способны давать начало целому растению. Работа с культурами клеток и тканей открывает широкие возможности для селекции растений на клеточном уровне.

Половое размножение. Половое размножение – это процесс образования дочернего организма при участии половых клеток – гамет. В большинстве случаев новое поколение возникает в результате слияния двух специализированных половых клеток разных организмов. Существуют различные типы гамет, что и определяет различные типы полового процесса (рис. 49). Если гаметы морфологически сходны между собой, их называют изогаметами, а половой процесс – изогамией. Слияние различных по размеру гамет (гетерогамет), из которых обычно женская гамета крупнее и менее подвижна, нежели мужская, называют гетерогамией. У многих низших и у всех высших растений существует оогамия – слияние больших и неподвижных женских гамет (яйцеклеток) с мелкими и подвижными мужскими (сперматозоидами). У большинства растений гаметы формируются в особых органах – гаметангиях. Гаметангий высших растений, в котором образуется яйцеклетка, называют архегонием. Сперматозоиды образуются в антеридиях. У большинства семенных растений мужские гаметы в процессе эволюции утратили жгутики и способны только к пассивному передвижению. Такие мужские гаметы называют спермиями.

Рис. 49. Типы полового процесса: А – изогамия; Б – гетерогамия; В – оогамия
Чередование поколений. В жизненном цикле каждого растения, имеющего половое размножение, происходит смена ядерных фаз – гаплоидной и диплоидной. Если органы полового и бесполого размножения образуются на разных растениях, имеет место чередование поколений – полового и бесполого. Происходит последовательная смена двух типов организмов: гаплоидное поколение (гаметофит) и диплоидное поколение (спорофит) поочередно сменяют друг друга (рис. 50). Половое гаплоидное поколение, образующее в половых органах гаметы, называют гаметофитом, так как оно способно к половому размножению. На гаметофитах образуются половые органы – гаметангии, в которых в процессе митоза формируются гаплоидные гаметы. Сливаясь, гаметы образуют диплоидную зиготу, из которой вырастает бесполое диплоидное поколение – спорофит. На спорофите в спорангиях в результате мейоза образуются гаплоидные споры. Из спор вырастают гаплоидные гаметофиты, т. е. происходит возврат к гаплоидному поколению. Таким образом, чередование поколений сопровождается также чередованием плоидности.
Рис. 50. Чередование поколений спорофита и гаметофита в жизненном цикле растений (схематичное изображение)

Вопросы для повторения и задания

  1. Какие типы размножения встречаются у растений?
  2. На чем основана способность растений к вегетативному размножению?
  3. В чем отличие естественного вегетативного размножения от искусственного?
  4. Какие особенности естественного вегетативного размножения сделали многие растения трудноискоренимыми сорняками?
  5. Как размножаются в природе земляника, ландыш, дикие виды лука?
  6. Чем отличается черенок от отводка?
  7. В чем заключается чередование полового и бесполого поколений у растений?
  8. Что образуется на гаметофите и что – на спорофите?