Размножение и развитие организмов

4. Среди растений широко распространено вегетативное размножение, формы которого очень разнообразны. Многие деревья и кустарники размножаются отводками (виноград, орех, смородина, слива и др.), усами (земляника, лютик ползучий), корневыми отпрысками (лиственные и хвойные деревья, многие травы), а также порослью (на корнях и пнях деревьев). Вегетативное размножение осуществляется также луковицами (лук, тюльпан и др.), клубнями (картофель), корневищами (многолетние дикорастущие травы, ирис, мята и др.). Деревья и кустарники могут размножаться черенками.

Вегетативное  размножение растений приводит к увеличению численности особей данного вида, но не сопровождается повышением генетического разнообразия, т.е. все потомки имеют генотип идентичный материнскому. Новые признаки появляются только в результате мутаций. Вегетативное размножение растений имеет огромное практическое значение и широко применяется в плодоводстве при разведении всех видов плодовых деревьев и ягодных кустарников, в овощеводстве, цветоводстве, полеводстве, лесоводстве.

 

2. Половое размножение.

Половое размножение  имеет огромное биологическое значение. Его преимущество перед бесполым размножением заключается в том, что оно создает возможность перекомбинации наследственных признаков обоих родителей. Поэтому потомство может быть более жизнеспособным, чем каждая из родительских особей. Половому размножению принадлежит важнейшая роль в эволюции организма. В половом размножении растений и животных участвуют две особи: мужская и женская, у каждой из них в половых органах образуются половые клетки – гаметы.

3. Образование половых клеток.

Сперматозоиды и яйцеклетки развиваются у животных в половых железах – семенниках и яичниках. Процесс образования половых клеток в половых железах (гонадах) – гаметогенез. Развитие мужских гамет – сперматозоидов идёт в семенниках – процесс сперматогенез. Развитие женских гамет – яйцеклеток идёт в яичниках – процесс овогенез.

Организмы, у которых развиваются мужские и женские гаметы в одной особи – гермафродиты. Встречается у моллюсков, плоских и кольчатых червей, но может встречаться у животных и человека как патологическое состояние.

В половых  железах различают три зоны: размножения, роста, созревания половых клеток.

Зона размножения располагается в самом начале половой железы. В этой зоне находятся первичные половые клетки, которые размножаются путем митоза, и число их увеличивается.

Дальше первичные половые клетки попадают в зону роста, где они уже не делятся, а растут, достигая тех размеров, которые свойственны половым клеткам каждого вида животных. Происходит накопление питательных веществ, необходимых для дальнейшего деления клеток и развития из них потомства. ДНК удваивается, хромосомы двунитчатые. В овогенезе этот период более продолжительный.

После того как  процесс роста заканчивается, половые  клетки переходят в зону созревания и превращаются в яйцеклетки и сперматозоиды. Основное содержание периода – мейоз, в результате которого образуются гаплоидные клетки. Развитие яйцеклеток и сперматозоидов происходит неодинаково. В зоне созревания семенника все четыре образовавшиеся после деления клетки одинаковы и все они превращаются в зрелые сперматозоиды. В зоне созревания яичника после деления образуются четыре клетки, но они неодинаковы по размерам: одна клетка большая и три маленькие. Большая клетка превращается в зрелую яйцеклетку, а три маленькие клетки – редукционные направительные тельца, погибают.

Зона	Тип деления клеток	Сперматогенез	Оогенез
Размножения	Митоз	Клетки сперматогенной ткани делятся, образуя сперматоциты I порядка (диплоидные) с однохроматидными хромосомами (2п 1с).	Образуются  ооииты 1 порядка (2п 1с).
Роста	Интерфаза	Сперматоциты увеличиваются в размерах. Идет редупликация ДНК.	Ооциты увеличиваются в размерах. Идёт редупликация ДНК.
Созревания	Мейоз	При первом делении образуются два сперматоцита II порядка, после второго деления образуются сперматиды.	Профаза первого  деления мейоза осуществляется в эмбриональном периоде, далее все происходит после полового созревания организма. Первое деление мейоза завершается образованием ооцита II порядка и полярного тельца. На стадии метафазы второго деления ооцит овулирует – выходит из яичника. После оплодотворения образуется ещё одно тельце. (Всего полярных телец три, т.к. первое также делится на два).
Формирования		Формирование происходит только при сперматогенезе. Сперматиды приобретают форму и строение, характерные для сперматозоида: образуются акросома, шейка, хвостик, значительно уменьшается объем цитоплазмы и ядра.

Таким образом, в результате овогенеза образуется одна яйцеклетка, а сперматогенеза – четыре сперматозоида.

Однако, в сперматогенезе присутствует ещё стадия формирования, где сперматозоиды приобретают особенности строения – хвост.

4.  Строение половых клеток.

Гаметы – половые клетки с гаплоидным набором хромосом, характеризующиеся особым строением, которое отражает их функциональное назначение.

В организме  женской особи образуются яйцеклетки; у мужских особей – сперматозоиды. Женская и мужская гаметы   сливаются,   и   образуется   зигота,   или   оплодотворенная яйцеклетка, которая дает начало развитию нового организма.

Огромное большинство  животных размножается только половым путем. Размеры и форма половых клеток различаются у разных видов беспозвоночных и позвоночных.

Яйцеклетки имеют чаще всего округлую форму, и в их цитоплазме содержится запасное питательное вещество – желток. Яйцеклетки неподвижны. Это самые крупные клетки. Содержат все типичные клеточные органоиды. У большинства позвоночных животных яйцеклетки мелкие. У рыб, амфибий, рептилий и птиц яйцеклетки крупные и содержат много желтка. Наиболее крупных размеров достигают яйцеклетки птиц. Яйцеклетка покрыта оболочками, которые выполняют защитные функции, обеспечивают необходимый тип обмена веществ, а у плацентарных млекопитающих служат для внедрения зародыша в стенку матки.

Мужские половые  клетки – сперматозоиды – отличаются от яйцеклеток значительно меньшими размерами и подвижностью. Он имеет форму длинной нити, в которой различают головку, шейку, хвостик. На переднем конце головки имеется акросома – видоизменённый комплекс Гольджи. В головке располагается ядро, содержащее ДНК, которое находится в сверхспирализованном состоянии. В шейке содержится центриоль и спиральная нить, образованная митохондриями. С помощью хвостика сперматозоид передвигается. Имеются безжгутиковые сперматоз оиды.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Фронтальный опрос:

1. В чем отличие  бесполого размножения от полового?

2. Как осуществляется вегетативное размножение растений?

3. Каковы особенности  строения яйцеклетки и сперматозоида?

4. Какие стадии  гаметогенеза выделяют? Охарактеризуйте  их.

5. В чём преимущество  полового размножения над бесполым?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

III. Мейоз. Образование половых клеток.

 

1. Мейоз – основа полового размножения.
2. I мейотическое деление.
3. II мейотическое деление.
4. Биологическое значение мейоза.

 

1. Мейоз  – основа полового размножения.

Специфическое деление клеток, при котором образуются половые клетки – мейоз.

 Видовое  постоянство числа хромосом в клетках поддерживается благодаря митозу, которому предшествует синтез ДНК и образование двух хроматид в каждой хромосоме. Как же поддерживается постоянство числа хромосом при половом размножении, ведь все соматические клетки содержат диплоидное, а созревшие половые клетки имеют только половинное, т.е. гаплоидное, число хромосом, следовательно, и половинное количество ДНК?

Уменьшение числа хромосом вдвое происходит в процессе созревания половых клеток. Оба деления, которые  происходят в зоне созревания, представляют собой два деления мейоза.

Оба деления мейоза включают те же фазы, что и митоз: профазу, метафазу, анафазу, телофазу. Перед первым делением мейоза в половых клетках, находящихся в зоне созревания, происходит синтез ДНК, а значит, и удвоение хромосом, т.е. образование двух хроматид.

2. I мейотическое деление.

В профазе первого деления мейоза происходит спирализация хромосом. В конце профазы, когда спирализация заканчивается, хромосомы приобретают характерные для них форму и размеры. Хромосомы каждой пары, т.е. гомологичные, соединяются друг с другом по всей длине с образованием бивалентов и скручиваются. Этот процесс соединения гомологичных хромосом носит название конъюгации.

Во время конъюгации между  некоторыми гомологичными хромосомами происходит процесс обмена участками – генами, что означает и обмен наследственной информацией. Обмен идентичными участками гомологичных хромосом – кроссинговер. Процесс кроссинговера носит случайный характер. После конъюгации и кроссинговера гомологичные хромосомы отделяются друг от друга. Растворяется ядерная оболочка, исчезает ядрышко, формируется веретено деления.

Когда хромосомы полностью  разъединяются, заканчивается образование веретена деления, наступает метафаза мейоза и биваленты (пара хромосом) располагаются в плоскости экватора.

К каждой из хромосом прикрепляются  нити веретена деления. Затем наступает анафаза мейоза, и к полюсам клетки отходят не половинки каждой хромосомы, включающие одну хроматиду, как при митозе, а целые хромосомы, каждая из которых состоит из двух хроматид. Следовательно, в дочернюю клетку попадает только одна из каждой пары гомологичных хромосом.

В телофазу образуется две клетки с уменьшенным гаплоидным набором хромосом.

В результате I мейотического деления наблюдается уменьшение вдвое числа хромосом в клетке, образование гаплоидных предшественников гамет, но их хромосомы состоят из двух хроматид, т.е. имеют удвоенное количество ДНК.

3. II мейотическое деление.

Вслед за первым делением наступает второе деление  мейоза, причем этому делению не предшествует синтез ДНК 

Ведь еще  при первом делении мейоза к полюсам дочерних клеток разошлись целые хромосомы, каждая из которых имеет по две хроматиды. После короткой профазы хромосомы (иногда профаза отсутствует), состоящие из двух хроматид, в метафазе второго деления располагаются в плоскости экватора и прикрепляются к нитям веретена. Процесс идёт сразу в двух дочерних клетках. В анафазе к противоположным полюсам клетки расходятся хроматиды и в каждой дочерней клетке оказывается по одной дочерней хромосоме. Количество ДНК и хромосом в дочерних клетках выравнивается. Таким образом, в сперматозоидах и яйцеклетках число хромосом уменьшается вдвое.

В телофазу образуется четыре дочерние клетки, формируются  ядра, образуются перегородки (у растительных клеток) или перетяжки (у животных клеток).

В результате II мейотического деления образуются четыре клетки с гаплоидным набором – однохроматидные хромосомы или гаметы.

4. Биологическое значение мейоза.

Биологическая сущность мейоза состоит в уменьшении числа хромосом вдвое и образовании гаплоидных гамет. При слиянии половых клеток образуется диплоиная зигота.

Мейоз обеспечивает постоянство кариотипа в ряду поколений организмов данного вида.

В ходе мейоза происходит перекрёст и обмен участками  гомологичных хромосом. Хромосомы каждой пары расходятся в стороны случайным  образом, независимо от других пар. Мейоз  обеспечивает разнообразие генетического  состава гамет, т.е. мейоз – основной источник разнообразия организмов данного вида.

В отдельных  случаях вследствие нарушения процесса мейоза при нерасхождении гомологичных хромосом половые клетки могут иметь  обе гомологичные хромосомы или  вообще их не содержать. Это приводит к тяжёлым нарушениям в развитии организма, а в дальнейшем к его гибели. 

 

Фронтальный опрос:

1. Как протекает  мейоз? 

2. В чем отличие  мейоза от митоза?

3. Что такое  конъюгация хромосом и каково  ее значение?

4. Что такое кроссинговер и каково его значение?

5. Какова биологическая сущность мейоза?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IV. Оплодотворение. Эволюция полового размножения.

 

1. Оплодотворение – определение, суть, понятие «двойного оплодотворения».
2. Партеногенез – определение, суть.
3. Половой диморфизм – определение, суть.
4. Гермафродиты – определение, суть.
5. Искусственное осеменение и трансплантация эмбрионов.
6. Эволюция полового размножения.