Половые клетки растений¶

Половые клетки растений — гаметы, участвующие в половом размножении растений; к ним относятся мужские гаметы (спермии, или сперматозоиды) и женские гаметы (яйцеклетки, или оогонии). Как и у прочих организмов, половые клетки растений гаплоидны (содержат одинарный набор хромосом) и образуются в процессе мейоза. У покрытосеменных (цветковых) растений половые клетки формируются в цветке, у голосеменных — в микроспорангиях и мегаспорангиях, у папоротников и мхов — в гаметофите.

¶Общие сведения

Половое размножение растений основано на слиянии двух гамет, несущих гаплоидный набор хромосом, — оплодотворении. В результате образуется зигота с диплоидным набором, из которой развивается новый организм. У большинства растений половой процесс протекает по типу оогамии: подвижная мужская гамета сливается с неподвижной женской. У некоторых водорослей и мхов встречается изогамия (слияние одинаковых по строению гамет) и гетерогамия (слияние гамет разного размера).

Половые клетки растений, в отличие от животных, образуются в специализированных структурах — гаметангиях. Мужской гаметангий называется антеридием, женский — архегонием. У цветковых растений гаметангии редуцированы: антеридий представлен несколькими клетками в пыльцевом зерне, архегоний — несколькими клетками в зародышевом мешке.

¶Мужские половые клетки

Мужская половая клетка растения — спермий (сперматозоид). У большинства высших растений спермии подвижны и снабжены жгутиками: у мхов и папоротников — двумя жгутиками, у голосеменных (кроме саговниковых и некоторых хвойных) — множеством. У покрытосеменных жгутики утрачены, и оплодотворение происходит без активного движения спермия.

У голосеменных и папоротников спермии образуются в микроспорангиях (пыльниках) из микроспор. Микроспора делится митозом, формируя пыльцевое зерно (микрогаметофит), внутри которого развиваются клетки, дающие начало спермиям. У сосен спермии достигают 200 мкм в длину и являются одними из самых крупных клеток растительного мира.

У покрытосеменных спермии образуются в пыльнике из микроспор в ходе микроспорогенеза. Пыльцевое зерно содержит две гаметические клетки: вегетативную (трубковую) и генеративную. Генеративная клетка делится митозом, образуя два спермия. Один из них оплодотворяет яйцеклетку, другой — центральную клетку зародышевого мешка (двойное оплодотворение, открытое С. Г. Навашиным в 1911 году).

¶Женские половые клетки

Женская половая клетка растения — яйцеклетка (ооспора). Она формируется в мегаспорангии (семязачатке) из мегаспоры в ходе мегаспорогенеза. Мегаспора делится митозом, образуя зародышевый мешок (женский гаметофит), внутри которого обычно одна из клеток становится яйцеклеткой. У большинства покрытосеменных зародышевый мешок состоит из семи клеток и восьми ядер: яйцеклетки, двух синергид, трёх антипод и центральной клетки.

У голосеменных яйцеклетка формируется в архегонии, расположенном на мегаспорофилле (семенной чешуе сосны). Архегоний состоит из шейки и брюшка, в котором находится одна крупная яйцеклетка и несколько вспомогательных клеток.

У папоротников и мхов яйцеклетка развивается в архегонии гаметофита — у мхов на женском гаметофите (гаметофоре), у папоротников на спорофите, но в тканях, происходящих из гаметофита.

¶Образование половых клеток

Образование половых клеток у растений осуществляется в два этапа. Сначала в спорангиях происходит мейоз, в результате которого из диплоидных спорогенных клеток образуются гаплоидные споры. Затем споры делятся митозом, формируя гаметофит, в клетках которого митозом возникают половые клетки.

У покрытосеменных микроспорогенез и мегаспорогенез происходят в пыльнике и семязачатке соответственно. Микроспоры образуются из археспориальных клеток пыльника, мегаспоры — из одной клетки мегаспорангия. У большинства видов из четырёх мегаспор выживает одна, остальные дегенерируют.

¶Оплодотворение

Оплодотворение у растений сопряжено с развитием пыльцевой трубки — структуры, по которой спермии достигают яйцеклетки. У мхов и папоротников спермии плавают в воде к архегонию, что требует наличия влаги. У голосеменных и покрытосеменных пыльцевая трубка прорастает через ткань рыльца и завязи, доставляя спермии непосредственно к яйцеклетке.

У покрытосеменных при двойном оплодотворении один спермий сливается с яйцеклеткой, образуя зародыш (диплоидный), другой — с центральной клеткой, образуя эндосперм (ткань, питательная для зародыша). Этот механизм был описан С. Г. Навашиным в 1911 году на примере лилейных.

¶Значение

Половые клетки растений имеют большое значение в селекции и растениеводстве. Искусственное опыление и гибридизация основаны на контроле за переносом пыльцы и, следовательно, мужских гамет. В биотехнологии применяются методы получения гаплоидных растений через культуру пыльцы (андрогенез) и зародышевого мешка (гаплоидный андрогенез), что позволяет быстро получать гомозиготные линии.

¶Источники

• «Ботаника»: учебник для вузов / под ред. А. Л. Тахтаджяна.
• «Анатомия высших растений» / П. А. Генкель.
• «Размножение растений» / Л. Н. Белозерский.
• «Ботаника»: учебник / В. В. Сапожников и др.
• Материалы журнала «Ботанический журнал».