Двойное оплодотворение у цветковых растений
В процессе эволюции растительного мира у цветковых растений (и только у них) появилось такое явление как двойное оплодотворение, в результате которого образуется семя. У голосеменных растений также образуются семена, но двойного оплодотворения нет.
Двойное оплодотворение у покрытосеменных было открыто в 1898 г. ученым С. Навашиным.
Оплодотворению предшествует опыление, т. е. перенос пыльцы с тычинок одного цветка на пестик чаще всего другого цветка. При двойном оплодотворении в семязачаток проникают два спермия, один из которых сливается с яйцеклеткой, а второй — с крупной центральной клеткой.
В тычинках, в их пыльцевых мешках, созревают пыльцевые зерна. Каждое пыльцевое зерно содержит две клетки: вегетативную и генеративную.
Пыльцевые зерна разных цветковых растений имеют различную форму. При этом чаще всего поверхность пыльцевых зерен шероховатая, что позволяет им удерживаться на теле насекомых-опылителей и потом на рыльце пестика. Кроме того, рыльцем выделяется липкая жидкость, удерживающая пыльцу.
Листостебельное растение покрытосеменных представляет собой спорофит. Созревание микроспоры - пыльцевого зерна - происходит в процессе мейотического деления диплоидных материнских клеток микроспорангиев (пыльников). Покрытая оболочкой гаплоидная микроспора прорастает еще на материнском растении. Ее гаплоидное ядро делится митотически, вокруг каждого ядра обособляется участок цитоплазмы и образуются вегетативныая и генеративная клетки. Они и представляют мужской гаметофит цветкового растения. У многих растений генеративная клетка делится на два спермия под оболочкой микроспоры.
Когда пыльцевое зерно попадает на рыльце пестика, вегетативная клетка зерна начинает делиться и образует пыльцевую трубку, которая прорастает через ткани пестика, проходит между клетками рыльца, затем столбика пестика, после чего врастает в полость завязи и проникает в семязачаток. Для этого в семезачатке есть специальное отверстие — пыльцевход.
Генеративная клетка пыльцевого зерна делится и образует два спермия. По пыльцевой трубке они проникают в семязачаток. Одни спермий оплодотворяет яйцеклетку, образуется зигота, содержащая двойной набор хромосом. Второй спермий сливается с центральной клеткой, в результате получается клетка с тройным набором хромосом.
В полости завязи может находиться один семязачаток, несколько или множество. Их количество зависит от вида растения. Семязачатки по-другому называются семяпочками, они представляют собой макроспорангии. Если в завязи несколько семязачатков, то каждый из них опыляется своим пыльцевым зерном (содержащимися в нем спермиями), т. е. в таком случае через пестик будет прорастать несколько пыльцевых трубок.
Семязачатки отрастают от внутренней поверхности стенок завязи в полость завязи. Семязачаток состоит из покрова и ткани центральной части, где образуются восемь гаплоидных клеток (имеющих одинарный набор хромосом) ‒ гаметофит. Две из этих клеток сливаются, в результате образуется крупная центральная клетка, у которой восстанавливается двойной набор хромосом.
Более поднобное объяснение. Материнская диплоидная клетка семяпочки делится мейотически и образует четыре гаплоидных макроспоры, три из которых разрушаются, а четвертая после трех последовательных митозов дает зародышевый мешок, состоящий из восьми клеток. Затем две центральные клетки сливаются во одну диплоидную клетку, получившую название вторичной. В результате всех превращений зародышевый мешок, или женский гаметофит, имеет семь клеток: на полюсах зародышевого мешка расположены по три гаплоидные клетки, в центре - клетка с диплоидным набором хромосом. Одна из трех клеток, которые расположены против пыльцевхода, является яйцеклеткой.
У семязачатка со стороны, противоположной месту прикрепления к завязи, находится пыльцевход (микропиле), представляющий собой небольшое отверстие, ведущее к центральной части семязачатка.
В кончике растущей пыльцевой трубки находятся два спермия. У спермиев в отличие от сперматозоидов нет хвостика, и поэтому спермии неподвижны. Когда трубка врастает в семязачаток через пыльцевход, то один спермий сливается с одной из гаплоидных клеток, которая играет роль яйцеклетки. В результате этого оплодотворения образуется зигота с двойным набором хромосом. В последствии из нее развивается зародыш семени.
Второй спермий сливается с центральной клеткой. В результате этого оплодотворения в последствии образуется так называемый эндосперм. Для него характерен тройной набор хромосом, что уникально, так как клетки тела покрытосеменных и многих других организмов имеют двойной набор хромосом.
Таким образом, у цветкового растения наследственные признаки материнского и отцовского организма несет и зародыш, и эндосперм.
Семяпочка после оплодотворения превращается в семя, имеющее зародыш и эндосперм.
Эндосперм представляет собой ткань, содержащую запас питательных веществ. Эти вещества зародыш использует в процессе развития семени или при прорастании семени. В первом случае вместо эндосперма в зрелом семени основную массу занимают органы зародыша (чаще всего крупные семядоли), во втором случае — эндосперм остается.
При созревании семени покровы семязачатка превращаются в семенную кожуру.
В результате многочисленных делений зигота развивается в зародыш нового растения. В результате деления центральной клетки формируется эндосперм (питательная ткань для зародыша). Стенки семязачатка становятся семенной кожурой. Таким образом, семязачаток становится семенем.
Завязь пестика преобразуется в плод. Иногда в образовании плода участвует не только завязь, но и другие части цветка. Плод является своеобразным приспособлением цветковых растений к распространению семян. Разнообразие возможных способов распространения (с помощью животных, ветра, воды, саморазбрасыванием) породило огромное разнообразие плодов покрытосеменных растений.