Rozmnażanie roślin cz. I

Transkrypt

1 Kier. Biotechnologia MORFOLOGIA FUNKCJONALNA ROŚLIN Rozmnażanie roślin cz. I Czesław Hołdyński ROZMNAŻANIE ROŚLIN Rozmnażanie to wytwarzanie nowych osobników w celu: zachowania ciągłości gatunku (ciągłości życia) zwiększenia liczby osobników w populacji rozszerzenia zasięgu gatunku (rozprzestrzeniania w czasie i przestrzeni) Rozmnażanie roślin polega na: podzieleniu całego organizmu na części oddzieleniu od organizmu macierzystego (rodzicielskiego) specjalnych części w postaci: - poj. komórek - grup komórek - różnych organów 1

2 SPOSOBY ROZMNAŻANIA ROŚLIN Rozmnażanie bezpłciowe podzielony organizm lub oddzielająca się część organizmu ma szczególną zdolność do regeneracji i odtworzenia całego nowego organizmu w wyniku podziałów mitotycznych komórek potomstwo nie różnią się liczbą chromosomów i składem genetycznym (Genotypem) org. rodzicielski otrzymane z jednego osobnika Klon wyjątek: mutacje genów (rzadko) Sposoby rozmnażania bezpłciowego 1. Poprzez podział prosty organizmów jednokomórkowych (sinice, glony) podział poprzeczny komórki podział podłużny komórki podział wielokrotny pączkowanie 2. Przez podział koloni lub fragmentację plechy 3. Przez zarodniki 4. Wegetatywnie 5. Apomiktycznie (forma rozmnażania wegetatywnego), tj. powstawanie zarodka bez zapłodnienia 2

3 Rozmnażanie organizmów jednokomórkowych ROZMNAŻANIE PRZEZ ZARODNIKI Zarodniki (spora) pojedyńcza komórka rozrodcza zdolna do odtworzenia nowego organizmu MITOSPORY jeśli powstają z podziału mitotycznego np. oidiospory rozpadające się strzępki egzospory oddzielające się pojedyncze komórki z zakończeń plechy, strzępki konidia - oddzielające się pojedyncze komórki z zakończeń plechy, strzępki endospory zarodniki wewnętrzne chlamydospory zarodniki przetrwalnikowe otoczone ścianą zygospory - zarodniki przetrwalnikowe otoczone ścianą zoospory zarodniki pływkowe (pływki) MEJOSPORY jeżeli powstają z podziału mejotycznego np. zarodniki mszaków, paprotników, skrzypów Miejsce powstawania zarodników nazywamy SPORANGIUM (ZARODNIĄ) lub SPORANGIOFOREM, KONIDIOFOREM 3

4 Zarodniki podczas MITOZY MITOSPORY, genotyp identyczny z organizmem rodzicielskim podczas MEJOZY MEJOSPORY, genotyp odmienny niż u organizmu rodzicielskiego; są u roślin z PRZEMIANĄ POKOLEŃ powiązane z rozmnażaniem płciowym oidia i chlamydospory endospory i egzospory pływki u glonów 4

5 A B A- kupki zarodni u nerecznicy samczej, B- przekrój liścia z kupką zarodni C D C zarodnie i zarodniki, D przedrośle paproci A B C D E F A kłosy zarodnikonośne skrzypu, B;C kłos zarodnikonośny widliczki, D zarodniki, E mikrosporangia z mikrosporami, F makrosporangium z makrosporami 5

6 ROZMNAŻANIE WEGETATYWNE przez rozpad koloni na pojedyncze komórki lub agregaty przez fragmentację plechy, grzybni, pędów (moczarka, widłaki) przez rozmnóżki - specjalne wielokomórkowe twory wytwarzające się na plechach - rozmnóżki pędowe: * bulwki (lilia bulwkowata, żywiec bulwkowaty) * turiony (rdestnice) * w kwiatostanach (np. Poa bulb., Allium sp.) - rozmnóżki w postaci miniaturowych roślin (np. żyworódka) przez sadzonki (zdolność wytwarzania korzeni przybyszowych lub pędów przybyszowych) - pędowe (łodygowe) np. wierzba, winorośl, ligustr, trzykrotka - korzeniowe np. chrzan, ostrożeń, mlecz, mniszek, pigwowiec - liściowe np. begonia sępolia przez odkłady np. porzeczka, agrest przez zmodyfikowane pędy podziemne - bulwy np. ziemniak, topinambur - cebule np. tulipan, cebula, czosnek, lilia, szafirek, krokus - rozłogi np. perz, skrzyp, rdest rozłogowy - kłącza np. rabarbar, tatarak, konwalia, irys przez rozłogi nadziemne np. truskawka przez szczepienie lub oczkowanie przez mikrorozmnażanie (hodowle tkankowe) np. gerbery, goździki przez apomiksję tj. wytwarzanie nasion bez zapłodnienia 6

7 cebulki na pędach wegetatywnych u lilii bulwkowatej Lilium bulbiferum Żywiec bulwkowaty (cebulkowy) Dentaria bulbifera Bulwki w kątach ogonków liściowych 7

8 lilia narcyz amarylis hiacynt cebulica Wywłócznik Myriophyllum Żabiściek Hydrocharis turion Turion pąk zimo 8

9 rozmnóżki pędowe u żywca cebulkowego tworzenie się rozmnóżek na liściach żyworódki rozwijająca się sadzonka liściowa begonii Sztuczne sposoby rozmnażania wegetatywnego wykorzystywane: w warunkach polowych (w rolnictwie, ogrodnictwie, sadownictwie): sadzonki, odkłady, szczepienie w laboratorium: kultury tkankowe 9

10 ROZMNAŻANIE PŁCIOWE polega na wytworzeniu specjalnych komórek (GAMET), które dopiero po połączeniu się parami (SYNGAMII = ZAPŁODNIENIU) zdolne są do dalszego rozwoju i utworzenia nowego osobnika NOWA KOMBINACJA GENÓW DUŻA ZMIENNOŚĆ możliwość przystosowania się do war. środowiska OSOBNICZA W POPULACJI EWOLUCJA ORGANIZMÓW CECHY: w cyklu rozwojowym proces rozmnażania płciowego musi być poprzedzony MEJOZĄ (w różnym miejscu tego cyklu) - dlatego tez w świecie roślin występuje PRZEMIANA POKOLEŃ = ZMIANA FAZ JĄDROWYCH RODZAJE GAMET I ZAPŁODNIENIA (SYNGAMII) (sposoby rozmnażania płciowego) IZOGAMIA: gamety (+) (-), poza zróżnicowaniem genetycznym, zróżnicowanie fizjologiczne uniemożliwiające połączenie gamet jednoimiennych HETROGAMIA: makrogameta żeńska (anizogamia) mikrogameta męska poza w/w zróżnicowaniem zróżnicowanie morfologiczne OOGAMIA: makrogameta = komórka jajowa mikrogameta = komórka plemnikowa Miejsce gdzie powstają gamety nazywamy GAMETANGIUM GAMETANGIUM MĘSKIE = PLEMNIA, ANTERIDIUM GAMETANGIA ŻEŃSKIE = LĘGNIA OOGONIUM (jednokomórkowe) RODNIA, ARCHEGONIUM (wielokomórkowe) 10

11 TYPY SYNGAMII i GAMET 1. izogamia (izogamety + oraz - ) 2. heterogamia = anizogamia (mikrogamety i makrogamety) 3. oogamia ( plemniki albo komórki plemnikowe i komórki jajowe ) 1 2 ROZMNAŻANIE PŁCIOWE ROŚLIN ODBYWA SIĘ: bez przemiany pokoleń: - niektóre glony z przemianą pokoleń - wiele glonów - wszystkie: mszaki paprotniki ROŚLINY NASIENNE nagozalążkowe (nagonasienne) okrytozalążkowe (okrytonasienne) 11

12 PRZEMIANA POKOLEŃ - to regularne następstwo po sobie pokolenia GAMETOFITU i pokolenia SPOROFITU GAMETOFIT: rozmnaża się PŁCIOWO GAMETY haploidalny rozwija się ze SPORY SPOROFIT: rozmnaża się BEZPŁCIOWO SPORY = ZARODNIKI diploidalny rozwija się z ZYGOTY GAMETOFIT MEJOSPORY (zarodniki) 2n n + n Faza Haploidalna (1n) GAMETANGIA MEJOZA podział redukcyjny w sporangium SYNGAMIA zapłodnienie Faza Diploidalna (2n) SPOROFIT ZYGOTA n + n = 2n 12

13 Przemiana pokoleń u mszaków archegonium (rodnia) anterydia (plemnie) zielone ulistnione gametofity sporofit mchu 13

14 Cykl życiowy paproci Przedrośle jest pokoleniem gametofitowym paproci Cykl życiowy sosny 14

15 KWIAT: - skrócony pęd zarodnionośny - organ rozmnażania płciowego Elementy kwiatu: oś = DNO KWIATOWE - różnie ukształtowane Są ustawione na osi spiralnie lub okółkowo, Mają wolne lub zrośnięte ze sobą części boczne: 1. OKWIAT 2. CZĘŚCI GENERATYWNE pręciki słupki z zalążkami korona znamię słupka BUDOWA KWIATU ROŚLINY OKRYTONASIENNEJ DWULIŚCIENNEJ pręcik szyjka słupka zalążnia zalążek miodnik kielich dno kwiatowe 15

16 BUDOWA KWIATU ROŚLINY OKRYTONASIENNEJ DWULIŚCIENNEJ znamię słupka szyjka słupka korona zalążnia pręcik zalążek miodnik kielich dno kwiatowe BUDOWA OKWIATU: POJEDYNCZY ( P ) listki, człony, działki PODWÓJNY KIELICH ( K ) działki KORONA ( C ) płatki BRAK OKWIATU (kwiaty bezokwiatowe) 16

17 Kwiat acykliczny (spiralny) A kielichowiec (Calycanthus floridus) B magnolia (Magnolia sp.) Kwiat cykliczny (okółkowy) A rozchodnik sześciorzędowy (Sedum sexangulare) B ładniczka okazała (Dicentra spectabilis) C jasnota biała (Lamium album) Różna symetria kwiatów Promienista Ziarnopłon wiosenny Ficaria verna Przylaszczka pospolita Hepatica nobilis Jabłoń domowa Malus angustifolia 17

18 Różna symetria kwiatów Grzbiecista Kwiaty zygomorficzne, przystosowane do zapylania przez owady Tojad Aconitum sp. Jasnota purpurowa Lamium purpureum Jasnota biała Lamium album Różna symetria kwiatów Dwuboczna ładniczka (serduszka okazałe Biskupie serce ) Dicentra spectabilis 18

19 Monadenium coccineum Paciorecznik Canna Kwiaty asymetryczne Niektóre storczyki KWIAT TRAWY 19

20 Części generatywne kwiatu P R Ę C I K I P R Ę C I K O W I E A - krasnodrzew B - groch C - Xanthochymus D - kosmos E - dynia F - ślaz G - szałwia H - trzykrotka I - grzybienie K - jasnota L - Lopezia M - Calothamnus N - rącznik O - krzyżownica P - Campelia Q - Unona R - Humirium S - fiołek T - orlik U - Popovia V - liściokwiat W - psianka X - chróścina Y - smaczliwka 20

21 ROLE PRĘCIKA 1. Przede wszystkim rozwój: MIKROSPOR ZIAREN PYŁKU 2. Wyjątkowo rola powabni np. rutewka BUDOWA GŁÓWKI PRĘCIKA W wyniku różnicowania się tkanek w główce pręcika powstają: skórka endothecium (w. mechaniczna, wlóknista) warstwy pośrednie tapetum tk. sporogenna tetrady mikrospory 21

22 Główka pręcika BUDOWA WEWNĘTRZNA GŁÓWKI PRĘCIKA skórka tapetum kom. macierzyste ziarna pyłku archespor warstwa pośrednia skórka warstwa włóknista tapetum tapetum 22

23 Przekrój poprzeczny przez ścianę dojrzałego pylnika lilii pirenejskiej epiderma warstwa włóknista warstwy pośrednie tapetum komórki tapetum w trakcie profazy, tworzące się ziarna pyłku 23

24 Budowa pylnika lilii białej A A przekrój poprzeczny przez młody pylnik B B przekrój poprzeczny przez dojrzały pylnik PRZEKRÓJ PRZEZ PYLNIK 24

25 TAPETUM (= warstwa wyścielająca) Tapetum ameboidalne komórki, w których ściany ulegają hydrolizie przed I profazą mejotyczną, protoplast przenika mejospory Tapetum wydzielnicze (sekrecyjne) komórki zachowują ściany aż do końca rozwoju mejospor, degeneruje jak pyłek jest dojrzały częściej u jednoliściennych częściej u dwuliściennych TAPETUM jest niezbędne do rozwoju płodnego pyłku brak roślina staje się męskosterylna (jałowa) liczne komórki ARCHESPORU 2n w komorze pyłkowej MEJOZA!!! I. II. komórka macierzysta mikrospor MIKROSPOROCYT 2n tetrada MIKROSPOR 1n ROZWÓJ MIKROSPOR U OKRYTOZALĄŻKOWYCH MIKROSPOROGENEZA 4 MIKROSPORY 1n 25

26 Mikrosporogeneza i rozwój gametofitu męskiego u okrytozalążkowych Rozwój gametofitu męskiego (rozwój pyłku) TETRADA MIKROSPOR hydroliza kalozowych ścian MIKROSPORY ROZŁĄCZAJĄCE SIĘ budowa sporodermy wzrost mikrospor, wakuolizacja podział mitotyczny jądra komórka wegetatywna komórka generatywna dehydratacja cytoplazmy brak ściany komórkowej różnicowanie DOJRZAŁY PYŁEK się sporodermy EGZYNA INTYNA 26

27 komórka wegetatywna wakuola MITOZA komórka generatywna - odpowiednik PLEMNI mikrospora 1n jądro komórkowe SPORODERMA 2 - komórkowe ziarno pyłku = gametofit męski 1n ROZWÓJ ZIARNA PYŁKU Z MIKROSPORY U OKRYTOZALĄŻKOWYCH BUDOWA ZIARNA PYŁKU gametofitu męskiego KOMÓRKA WEGETATYWNA cytoplazma jądro KOMÓRKA GENERATYWNA cytoplazma jądro SPORODERMA (ściana komórkowa): EGZYNA ze SPOROPOLLENINĄ INTYNA niezmodyfikowana por (tylko celulozowopektynowa) 27

28 Lilia Słonecznik Mniszek pospolity Kasztanowiec Lepnica ORNAMENTACJA EGZYNY ZIAREN PYŁKU ZIARNA PYŁKU 28

29 ZIARNA PYŁKU Ziarno pyłku sosny zwyczajnej Pinus sylvestris (anemogamia) worki powietrzne 29

30 SŁUPEK charakterystyczny dla okrytozalążkowych! powstaje ze zrośnięcia OWOCOLISTKA (-ÓW) odpowiedzialny za zrealizowanie procesu płciowego od wytworzenia gamety żeńskiej (kom. jajowej) do wytworzenia zarodka (nasienia) Słupki różnych roślin znamię siedzące brak szyjki 30

31 Słupki A - jesion B - tytoń C - rzęśl D- mozga E - pszenica F - rącznik G - darlingtonia H - kosaciec I - kapturnica 31

32 ZNAMIĘ: 1. przyjmowanie ziarna pyłku 2. kiełkowanie ziarna pyłku SZYJKA: 1. odżywianie rosnącego gametofitu męskiego ZALĄŻNIA: 1. rozwój zalążków Morfologia słupka i jego podstawowe role Typy łożysk położenie zalążków 32

33 Z A L Ą Ż N I A BUDOWA ZALĄŻKA PRZED ROZWOJEM MAKROSPOR I TYPY ZALĄŻKÓW 1. OSŁONKI 2. OŚRODEK prosty odwrócony zgięty OŚRODEK - odpowiednik MAKROSPORANGIUM! 33

34 w zalążku odbywa się: A - ROZWÓJ MAKROSPOR B - ROZWÓJ GAMETOFITU ŻEŃSKIEGO C - PODWÓJNE ZAPŁODNIENIE ZALĄŻEK W KOLEJNYCH ETAPACH CYKLU ROZWOJOWEGO ROŚLIN OKRYTOZALĄŻKOWYCH 1 komórka archesporialna (2n) 4 makrospory (1n) w tym 1 aktywna makrospora gametofit - 7 komórek jądro komórkowe MEJOZA! 3 kolejne MITOZY jąder, potem podział komórki 34

35 aktywna makrospora 1n trzy kolejne mitozy bez cytokinez (= bez podziałów komórki) wędrówki jąder haploidalnych CYTOKINEZA uformowanie gametofitu żeńskiego, tzw. WORECZKA ZALĄŻKOWEGO ROZWÓJ GAMETOFITU ŻEŃSKIEGO U OKRYTOZALĄZKOWYCH 2 synergidy 1n 1 komórka jajowa 1n 1 komórka centralna 2n, silnie zwakuolizowana aparat jajowy RODNI 2 jądra biegunowe 1n po połączeniu wtórne jądro woreczka zalążkowego 2n = jądro komórki centralnej 3 antypody 1n 7- komórkowy gametofit żeński u okrytozalążkowych WORECZEK ZALĄŻKOWY= WORECZEK ZARODKOWY 35

36 Budowa zalążka osłonka (chalaza) ośrodek (nucellus) antypody jądra biegunowe woreczek zalążkowy aparat jajowy osłonka łagiewka TYPY ZALĄŻKÓW A ortotropowy, B anatropowy, C, D, E trzy różne formy zalążków kampylotropowych 36

37 MEGASPOROGENEZA Komórki woreczka zalążkowego po 3 podziale mitotycznym osadka (chalaza) okienko (mikropyle) osłonka ośrodek ZAPYLENIE 37

38 Droga łagiewki pyłkowej 38

39 Podwójne zapłodnienie u roślin okrytonasiennych 39

40 STADIA ROZWOJU I BUDOWA ZARODKA TASZNIKA (rośliny dwuliściennej) Zarodek w ziarniaku pszenicy przekrój nasienia lnu zarodek w bezbielmowym nasieniu fasoli 40

41 TYPY BIELMA BIELMO NUKLEARNE (jądrowe) n. bielmowe, np. trawy n. bezbielmowe krzyżowe, dyniowate, motylkowate zarodek zjada bielmo BIELMO CELULARNE (komórkowe) BIELMO HELOBIALNE (mieszane) Arabidopisis thaliana ROZWÓJ BIELMA bielmo wielojądrowe dojrzałe bielmo tkankowe 41

42 Kolejne stadia rozwoju nasienia wiśni a woreczek zalążkowy, b zarodek, c bielmo, d obielmo, e okienko, f łupina nasienna, g liścienie, h korzonek zarodka, i stożek wzrostu łodygi Dojrzałe nasiona dzielimy na: bielmowe bezbielmowe obielmowe E embryo (zarodek) N endosperm (bielmo) 42

43 Nasiona BEZBIELMOWE bielmo zostaje zużyte podczas rozwoju nasienia, a substancje zapasowe gromadzone są bezpośrednio w silnie rozwiniętych LIŚCIENIACH, np. motylkowate (fasola, groch, bób), kasztanowiec, orzech włoski, ogórek, dynia, wiśnia. Dynia zwyczajna Cucurbita pepo Orzech ziemny Nasiona BIELMOWE tkankę odżywczą stanowi silnie rozbudowane bielmo, zarodek jest niewielki, np. nasiona traw, maku, tytoniu, lnu 43

44 BUDOWA OWOCU PSZENICY - ZIARNIAKA ZAWIERAJĄCEGO NASIENIE BIELMOWE okrywa owocowo-nasienna warstwa aleuronowa BIELMA komórki BIELMA ze skrobią ZARODEK Nasiona OBIELMOWE tkankę odżywczą stanowi obielmo (perysperm) powstające z ośrodka zalążka, np. nasiona goździkowatych, buraka, pieprzu 44

45 Przekrój podłużny nasienia buraka łupina nasienna perysperma (obielmo) endosperma (bielmo) perysperma na zewnątrz zarodek APOMIKSJA powstanie zarodka bez zapłodnienia (rodzaj rozmnażania bezpłciowego połączonego z wytworzeniem zarodka i nasienia) 1. Dzieworództwo (partenogeneza) z niezapłodnionej komórki jajowej 2. Apogamia (bezpłciowość) z synergid lub antypod 3. Aposporia (bezzarodnikowość) z komórek ośrodka lub osłonki Poliembrionia wielozarodkowość - w stadium prazarodka - w wyniku w/w form apomiksji 45

46 PRZEKSZTAŁCANIE się ZALĄŻKA W NASIENIE 1. OSŁONKI ŁUPINA NASIENNA 2. okienko ślad na łupinie 3. sznureczek ślad na łupinie 4. OŚRODEK zanika albo tworzy OBIELMO 5. zapłodniona KOMÓRKA JAJOWA = zygota 2n ZARODEK (młody sporofit) 6. zapłodniona KOMÓRKA CENTRALNA = komórka macierzysta bielma 3n BIELMO 7. synergidy zanikają 8. antypody zanikają 46