Цветковые растения удивляют нас своей красотой и разнообразием. Но мало кто знает, что за этим многообразием стоит уникальный процесс оплодотворения, отличающий цветковые растения от всех остальных - двойное оплодотворение. Давайте разберемся, как именно происходит это удивительное явление природы, благодаря которому появилось столько прекрасных цветов.
История открытия двойного оплодотворения
Двойное оплодотворение у цветковых растений было открыто российским ботаником Сергеем Гавриловичем Навашиным в 1898 году. До этого ученые полагали, что оплодотворение у всех растений происходит одинаково - путем слияния мужской половой клетки с женской. Навашину удалось доказать, что у цветковых растений этот процесс гораздо сложнее.
В своих работах Навашин описал результаты изучения оплодотворения у лилии кудреватой и рябчика шахматного. Он обнаружил, что в их зародышевый мешок проникает не один, а сразу два спермия из пыльцевой трубки. При этом один спермий оплодотворяет яйцеклетку, а второй - центральную клетку зародышевого мешка.
Сообщение Навашина о двойном оплодотворении вызвало шок в научном сообществе. Многие ученые отказывались верить, что у цветковых растений оплодотворение может происходить таким необычным образом. Потребовались годы кропотливых исследований, чтобы это открытие было признано истинным.
Строение цветка и его органов
Чтобы понять механизм двойного оплодотворения, давайте разберемся, как устроен цветок цветковых растений.
- Околоцветник - чашечка и венчик, привлекающие опылителей
- Тычинки с пыльниками, где образуется пыльца
- Пестик с рыльцем, столбиком и завязью, в которой находятся семязачатки
В зависимости от формы и окраски околоцветника цветки делят на несколько типов:
- Простой околоцветник (чашечка или венчик)
- Двойной околоцветник (и чашечка, и венчик)
- Сростнолистный околоцветник
- Околоцветник видоизменен в придатки
Соцветия цветковых растений также отличаются большим разнообразием. Они бывают простые (кисть, зонтик, колос) и сложные, состоящие из простых соцветий (метелка, сложный колос).
Половые клетки цветковых растений
У цветковых растений мужские и женские гаметы формируются в разных органах цветка.
В пыльниках тычинок в результате мейоза из микроспор образуются четыре одиночных гаплоидных спермия - мужских половых клеток. Они содержатся внутри пыльцевых зерен.
В семязачатке пестика происходит мегаспорогенез. Из мегаспоры развивается женский гаметофит - зародышевый мешок, в котором находится яйцеклетка и еще 6 вспомогательных клеток.
| Яйцеклетка | Женская половая клетка |
| Синергиды | Вспомогательные клетки |
| Центральная клетка | С двумя слившимися ядрами |
| Антиподы | Вспомогательные клетки |
К моменту оплодотворения в зародышевом мешке созревают все необходимые компоненты, способные к слиянию с гаплоидными спермиями из пыльцы.
Таким образом, у цветковых растений имеются как мужские (пыльцевые зерна со спермиями), так и женские (яйцеклетка и центральная клетка зародышевого мешка) половые клетки. Их встреча и дает начало удивительному процессу двойного оплодотворения.
Процесс опыления цветков
Прежде чем произойдет оплодотворение, необходимо, чтобы пыльца из тычинок попала на рыльце пестика. Этот процесс называется опылением.
Опыление может быть самоопылением, когда пыльца переносится на рыльце того же цветка, и перекрестным - с цветка на цветок. Перекрестное опыление увеличивает генетическое разнообразие.
Перенос пыльцы осуществляется разными способами:
- С помощью ветра (анемофилия) - у березы, ольхи
- При посредничестве насекомых (энтомофилия) - у орхидных, кактусов
- С помощью воды (гидрофилия) - у водных растений
Для привлечения опылителей цветки выработали разнообразные приспособления - яркую окраску, аромат, нектар.
Механизм двойного оплодотворения
Итак, процесс двойного оплодотворения у цветковых растений происходит следующим образом:
- Пыльцевое зерно, попавшее на рыльце, прорастает и выращивает пыльцевую трубку
- Пыльцевая трубка растет по столбику пестика вниз к семязачатку
- Через пыльцевую трубку в зародышевый мешок проникают два спермия
- Один спермий сливается с яйцеклеткой - образуется зигота
- Второй спермий сливается с центральной клеткой - образуется первичная клетка эндосперма
Зигота дает начало зародышу будущего растения. Эндосперм разрастается и обеспечивает питанием зародыш в процессе его развития.
Двойное оплодотворение, при котором оплодотворяются две разные клетки зародышевого мешка, является уникальной особенностью цветковых растений, не встречающейся больше ни у каких других растений на Земле.
Развитие зародыша и эндосперма после оплодотворения
После двойного оплодотворения начинается быстрое деление оплодотворенных клеток и формирование тканей зародыша и эндосперма.
Из зиготы развивается многоклеточный зародыш растения со всеми тканями и органами. Эндосперм интенсивно делится и заполняется питательными веществами, необходимыми для роста зародыша.
Оболочки семязачатка превращаются в твердую оболочку семени, защищающую зародыш. Чашелистики, лепестки, тычинки и пестик отмирают. Так образуется полноценное семя, способное дать начало новому поколению растений.
Значение двойного оплодотворения для цветковых растений и человека
Двойное оплодотворение имеет большое значение как для самих цветковых растений, так и для человека.
Благодаря образованию эндосперма семена цветковых созревают быстрее по сравнению с голосеменными растениями. Это дало им эволюционное преимущество.
Мука, крупы, масла из эндосперма семян служат важным источником питания для человека. Знания о двойном оплодотворении помогают селекционерам выводить более урожайные сорта культурных растений.
