Розділ «Тема 29. ОСНОВНІ ФУНКЦІЇ РОСЛИННОГО ОРГАНІЗМУ. РОЗМНОЖЕННЯ, РІСТ І РОЗВИТОК РОСЛИН»

Розмноження рослин

Розмноження – це процес відтворення собі подібних організмів, який забезпечує неперервність життя видів. У рослин виділяють дві основні форми розмноження – нестатеве та статеве.

Нестатеве розмноження – це розмноження, яке відбувається за участю нестатевих клітин лише одного організму. Тому всі народжені нащадки будуть подібними до цього материнського організму. Нестатеве розмноження обмежує різноманітність нових особин, але може за короткий час забезпечити утворення великої кількості нащадків. У рослин існує декілька типів нестатевого розмноження: поділ навпіл, спороутворення, вегетативне розмноження тощо. Поділ навпіл – це розмноження шляхом утворення з однієї материнської клітини двох таких самих дочірніх. Розмножуються поділом навпіл серед рослин одноклітинні водорості (хламідомонада, хлорела, евглена). В умовах, коли тепло, багато світла і води, ці рослини розмножуються дуже швидко. Спороутворення – це розмноження шляхом утворення спеціальних клітин, із яких виникає нове покоління рослин. Розмножуються спорами в рослинному світі водорості та вищі спорові (мохи, хвощі, плауни, папороті). При вегетативному розмноженні нова рослина бере початок не зі спеціальних окремих клітин, а з групи звичайних клітин будь-якої частини материнської рослини: стебла, листка, кореня, частини слані. У рослин саме цей тип розмноження є найпоширенішим. Нестатеве розмноження, зазвичай, відбувається тоді, коли у навколишньому середовищі є сприятливі умови (наявність води, тепла тощо).

Статеве розмноження – це розмноження, яке відбувається за участю статевих клітин, як правило, двох батьківських організмів. За усіх випадків статевого розмноження статеві клітини зливаються і відбувається запліднення, яке здійснює поєднання ознак двох батьківських особин. Тому статеве розмноження забезпечує утворення різних особин, що полегшує пристосування виду до змін довкілля. Статеве розмноження пов'язане з утворенням статевих клітин, або гамет. Гамети – це статеві клітини, які містять гаплоїдну кількість хромосом. Гамети у рослин можуть бути однаковими або різними за особливостями будови, розмірами, рухливістю. Тому в рослин виділяють різні типи статевого розмноження: ізогамія (гамети однакові за розмірами і будовою), гетерогамія (гамети різні), оогамія (чоловіча – дрібна і рухлива, а жіноча – велика та нерухлива) та ін. У багатоклітинних рослин є спеціальні органи статевого розмноження – гаметангії. Ці органи утворюють гамети, які бувають двох типів – чоловічі та жіночі. Чоловічі гамети називаються сперматозоїдами, а жіночі – яйцеклітинами. Статеве розмноження характерне для водоростей, вищих спорових і насінних рослин. Після утворення гамет має відбутися їхня зустріч і поєднання з утворенням зиготи. Зигота – це клітина, що утворюється внаслідок злиття чоловічої та жіночої гамет. Вона містить подвійний набір хромосом, тобто є диплоїдною. Із заплідненої яйцеклітини розвивається зародок – зачаток нової особини.

Отже, у рослин, як і в інших клітинних організмів, дві основних форми розмноження – нестатеве і статеве.

Органи розмноження вищих спорових рослин

У вищих спорових рослин упродовж життя спостерігається чергування поколінь, які розмножуються нестатево за участю спор (спорофітне покоління, або спорофіт) і статево за участю гамет (гаметофітне покоління, або гаметофіт). На спорофіті вищих рослин утворюються органи – спорангії, які забезпечують нестатеве розмноження. Отже, спорангії – це органи нестатевого розмноження, які утворюють спори. Спорангії вищих спорових рослин завжди багатоклітинні. Різноспорові вищі рослини утворюють мікро- і мегаспорангії, у яких розвиваються відповідно мікроспори і мегаспори. Зі спор виростають особини статевого покоління з органами – гаметангіями, які забезпечують статеве розмноження. Отже, гаметангії – це органи статевого розмноження, які утворюють гамети. Гаметангії в рослин поділяються на чоловічі та жіночі і є, як правило, багатоклітинними. Антеридії – це чоловічі статеві органи, які формуються на гаметофіті й утворюють рухливі сперматозоїди. Під час достигання вони розриваються, і тоді чоловічі гамети виходять назовні, активно рухаються у воді і підпливають до органів з жіночими гаметами. Архегонії – це жіночі статеві органи, які формуються на гаметофіті й утворюють яйцеклітини. Під час достигання архегонії на верхівці відкриваються канальцями, які містять слиз. У вищих рослин є види, у яких чоловічі та жіночі статеві органи містяться на одній і тій самій особині, тоді гаметофіт називають двостатевим (плавуноподібні, папоротеподібні), а також види, у яких чоловічі та жіночі статеві органи містяться на різних особинах, тоді гаметофіти – одностатеві (мохоподібні, хвощолодібні).

Для запліднення сперматозоїд має потрапити в зовнішнє середовище і запліднити яйцеклітину, що міститься всередині жіночого статевого органа. У водоростей статеве розмноження здійснювалося за участю води, зазвичай, перед настанням несприятливих умов. Сперматозоїди перепливали до яйцеклітин і відбувалося запліднення. Але на суші, де живуть вищі спорові рослини, повітря є середовищем, яке сприяє випаровуванню води. Тому у вищих рослин спочатку формуються стійкі проти висихання спори. Вони розсіюються, потрапляють у сприятливі умови і з них виростає покоління, що утворює гамети. І саме на цьому етапі вода для них є вирішальним чинником існування, оскільки забезпечує зустріч чоловічих гамет із жіночими і, відповідно, запліднення та статеве розмноження. Із гамет після запліднення утворюється зигота, яка дає початок поколінню, що формує спори.

Отже, вищі спорові рослини розмножуються нестатево за допомогою спор, які утворює спорофіт, і статево за участю гамет, які формуються на гаметофіті, а для запліднення їм необхідна вода.

Значення спор для рослин

Спори – це спеціальні утвори, які служать для нестатевого розмноження і вищих спорових рослин, які живуть на суходолі, і водоростей, які, здебільшого, мешкають у воді. Вони мають зазвичай округлу форму і вкриті дуже стійкою оболонкою (навіть подвійною), яка захищає від несприятливих умов. Наприклад, спори мохів не втрачають здатності до проростання після кількагодинного перебування при температурі – 200°С чи короткочасного нагрівання до +100°С. Головними відмінностями спор від насіння є відсутність зародка та незначна кількість поживних речовин. У нижчих рослин поділ клітин у момент спороношення мітотичний або мейотичний, тому в них можуть формуватися відповідно мітоспори і мейоспори. Для вищих рослин обов'язковим є утворення спор шляхом мейозу, завдяки чому вони будуть мати одинарний (гаплоїдний) набір хромосом і забезпечувати утворення гаметофітного (гаплоїдного) покоління. Спори у наземних рослин можуть бути однаковими і різними за розмірами. Дрібні спори, з яких розвивається чоловічий гаметофіт, називають мікроспорами, а спори більших розмірів, які дають початок жіночому гаметофіту – мегаспорами. Спори бувають рухливі (зооспори) і нерухливі (апланоспори). Зооспори мають різні пристосування для руху у воді: різну кількість джгутиків (2, 4 або багато), відсутність твердої полісахаридної оболонки тощо.

Отже, спори – це особливі мікроскопічні клітини, які служать для нестатевого розмноження та розселення рослин.

Вегетативне розмноження рослин

Вегетативне розмноження – це розмноження вегетативними органами, їх видозмінами або багатоклітинними частинами материнського організму. Властиве для багатоклітинних рослин, за винятком голонасінних. Вегетативне розмноження – це нестатеве розмноження, тому для нього будуть характерними такі особливості, як:

• в основі такий поділ клітин, як мітоз;

• клітини, які беруть участь, називаються соматичними і мають диплоїдний набір хромосом;

• участь у розмноженні бере одна материнська особина;

• покоління, яке утворюється, є генетично точними копіями батьківських особин та ін.

Ґрунтується вегетативне розмноження на явищі регенерації – відновленні цілого організму з його частин унаслідок поділу клітин. Під час вегетативного розмноження у багатьох рослин відбувається відокремлення багатоклітинних частин рослинного організму, які розвиваються в нові організми. Досить часто рослини утворюють структури, спеціально призначені саме для вегетативного розмноження: цибулини, кореневища, бульби тощо. Більшість рослин зі спеціалізованими органами вегетативного розмноження втрачають здатність до розмноження насінням, передаючи функції як розмноження, так і запасання поживних речовин цим органам. У результаті вегетативного розмноження відбувається поява великої кількості однакових нащадків, які є копією материнської рослини. Усі вони є клонами – потомством, яке утворюється з однієї материнської особини вегетативним шляхом. Таке вегетативне розмноження, або клонування, дозволяє людині зберігати сортові ознаки багатьох культурних рослин. Проте інколи при значній тривалості може знизитися стійкість рослин і скоротитися – їх загальний вік. Нині розроблено метод культури клітин або тканин, який дозволяє отримувати клони рослин, вирощуючи їх на поживному середовищі з однієї клітини або групи клітин. Клонування рослин дозволяє вирощувати цінні чи рідкісні рослинні організми з окремих клітин (наприклад, вирощування женьшеню), швидко отримувати велику рослинну масу для одержання з неї важливих речовин.